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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
ROBERTA PAYE BARA
APLICAÇÃO DE MATERIAIS SORVENTES ALTERNATIVOS PARA A LIMPEZA DE ÁGUAS CONTAMINADAS POR ÓLEOS
CURITIBA
2011
ROBERTA PAYE BARA
APLICAÇÃO DE MATERIAIS SORVENTES ALTERNATIVOS PARA A LIMPEZA DE ÁGUAS CONTAMINADAS POR ÓLEOS
Dissertação apresentada como requisito para obter o título de Mestre em Engenharia Mecânica do Curso de Mestrado em Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná, na área de concentração Manufatura Orientadora: Profª Drª. Thais Helena Sydenstricker Flores-Sahagun
CURITIBA
2011
Bara, Roberta Paye Aplicação de materiais sorventes alternativos para a limpeza de águas
contaminadas por óleos / Roberta Paye Bara. - Curitiba, 2011.93 f . : il., tabs.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Orientador: Thais Helena Sydenstricker Flores-Sahagun
1. Sorventes. 2. Água - Poluição. 3. Ecossistemas aquáticos. 4. Petróleo. I. Flores-Sahagun, Thais Helena Sydenstricker. II. Título.
CDD 628.162
TERMO DE APROVAÇÃO
ROBERTA PAYE BARA
APLICAÇÃO DE MATERIAIS SORVENTES ALTERNATIVOS PARA A LIMPEZA DE ÁGUAS CONTAMINADAS POR ÓLEOS
Dissertação aprovada como requisito parcial à obtenção de grau de Mestre em Engenharia Mecânica, área de . concentração Manufatura, no Programa de Pós- Graduação em Engenharia Mecânica, Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná.
Banca Examinadora:
UFPRPresidente
Prof. Dr. Moacir kaminski UFPR
Curitiba, 30 de novembro de 2011.
Dedico este trabalho à minha querida mãe
Franci, minha inspiração, meu exemplo,
minha incentivadora, minha fortaleza!
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, pela saúde e pela força interior, necessárias para
superar os obstáculos e realizar os sonhos.
À CAPES pela bolsa de estudos.
A PETROBRÁS pela doação do Petróleo.
Ao CNPQ pelo subsídio na aquisição de equipamentos utilizados nesta
pesquisa.
Ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica - PGMEC da
Universidade Federal do Paraná, pela oportunidade de realização deste trabalho.
À minha querida orientadora Professora Thaís Helena Sydenstricker Flores-
Sahagun por todo o carinho e amizade, acima de tudo pela oportunidade de
participar de seu grupo de pesquisa e por ter acreditado em meu trabalho. Agradeço
a seu marido Hector pelas imagens e vídeos. E muito obrigada pela doação de pêlo
de Poodle branco do seu cachorro Castor.
À minha amável mãe Franci Margarita Paye, meu eterno agradecimento por
todo amor, dedicação e valores, que me guiam.
À minha querida irmã Renata Margarita Antoni que é a minha grande amiga e
companheira, desde análises no final de semana até participação em congressos
internacionais.
Ao meu querido pai, Elysio Djanir Gonçalves Bara falecido há 15 anos, cujas
frases de otimismo carrego em meu coração.
Ao meu noivo Mauricio Siroma pelo carinho e atenção, presentes nas
revisões em língua inglesa, discussões sobre a pesquisa, por todos os auxílios
mecânicos e estruturais que muito ajudaram no desenvolvimento desta pesquisa.
À Teoli Rodrigues Annunciado, por toda dedicação que sempre teve em
dividir seu conhecimento, bem como pelo intermédio da visita técnica na Eletrosul-
Eletrobrás (São José - SC) e disponibilização das amostras de óleo mineral isolante,
provenientes da Eletrosul-Eletrobrás.
Ao colega Lucas Santos, sempre disposto a ajudar, por toda contribuição em
solucionar minhas dúvidas.
Aos funcionários da Pet Shop ALFADOG, pela identificação das raças e
doação do pêlo de cachorro de raças diversas.
À Elise Meister Sommer pela amizade e paciência em explicar os mais
básicos conceitos, pelo companheirismo e pela amizade.
Ao professor Moacir Kaminski que sempre está disposto a ajudar e ensinar
aqueles que buscam conhecimento. Agradeço pelo auxílio intelectual e estrutural
nos testes de viscosidade e testes em coluna de vidro.
Agradeço aos professores Adriano Scheidt e Nelson Consolin Filho, pelas
contribuições na elaboração do texto final.
À Mariana Carvalho Nascimento pela amizade e pelas discussões.
Ao Márcio, secretário do PGMEC, por todo o auxílio nas resoluções dos
problemas administrativos.
À Professora Neide Kazue Kurumoto pelas conversas de incentivo e pela
disponibilização do laboratório de Nanotecnologia para as análises de microscopia
óptica.
Aos colegas de laboratório Felipe Jedyn e Alcenir Pablo, pela amizade e por
toda ajuda na limpeza dos muitos utensílios utilizados nos testes.
A todos os funcionários do Centro de Microscopia Eletrônica - UFPR, pela
ajuda na preparação das amostras e pelas imagens de microscopia eletrônica.
A Melissa Siroma, por sua generosidade em me ajudar mesmo nas horas
mais impróprias.
À Lilian Côcco pelas análises cromatográficas junto ao LACAUT.
“O que eu faço, é uma gota no meio de um
oceano. Mas sem ela, o oceano seria
menor.”
(Madre Teresa de Calcutá)
RESUMO
A contaminação de ecossistemas aquáticos por derramamento de óleos em grandes quantidades ou contaminação por óleos em pequenas concentrações ocorre em diversas situações e trazem grandes prejuízos ambientais e compromete a qualidade da água. Neste trabalho foram avaliados como materiais sorventes e filtros a paina (Chorisia speciosa), o pêlo branco de cachorro da raça poodle e uma mistura de pêlos de cachorro provenientes de amostras da tosa em pet-shop. A partir da fiação das fibras animais e vegetais foi possível confeccionar tapetes para facilitar a aplicação e manuseio das fibras durante os testes. Utilizando petróleo, óleo mineral isolante usado e água destilada foram realizados testes de sorção estática a seco ou testes de sorção dinâmica em meio aquoso ou em sistema hídrico simulado. O teor de óleo absorvido pelos sorventes em sistemas aquosos foi determinado utilizando a destilação de amostras, para contabilizar o teor de água retido juntamente com o óleo. Os ensaios em coluna de vidro foram analisados utilizando cromatografia para verificação da capacidade de limpeza dos filtros montados com os materiais sorventes. Imagens das fibras obtidas por microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica foram obtidas para a caracterização dos materiais. As amostras de paina obtiveram capacidade de limpeza superior em relação a todas as demais amostras. As amostras de tapete, provenientes de pêlo de cachorro da raça Poodle na cor branca e de paina, obtiveram resultados superiores aos de um sorvente comercial nos testes de sorção enquanto que as amostras confeccionadas com a mistura de pêlos de cachorro de raças diversas obtiveram resultados próximos aos deste sorvente comercial. Em testes em coluna de adsorção, foram utilizadas as fibras na forma livre com a mistura de 1:7 de petróleo para água destilada (aproximadamente 260ppm de óleo). A paina, o pêlo de poodle branco e pêlo de cachorro de raças diversas apresentaram resultados superiores aos do sorvente comercial, destacando-se os resultados da coluna com pêlo de cachorro de raças diversas que apresentou a menor concentração de saída de óleo igual a 9ppm.
Palavras-chave: Sorventes. Águas oleosas. Petróleo. Paina. Pêlo de cachorro.
Filtros.
ABSTRACT
The contamination of aquatic ecosystems caused by oil spills in big or small
amounts occurs in different situations and brings great environmental damage, compromising water quality. In this work silk-floss (Chorisia speciosa), white dog fur of poodle breed and a mixture of hair samples from pet- shops waste were evaluated as sorbent materials and filters for oily water. The fibers were spun and carpets were made to facilitate the application and handling of the materials. Using oil and used mineral insulating oil, dry static sorption tests and dynamic sorption tests were performed in water or simulated stream systems. Oil intake by the fibers was investigated by distillation of samples to account the water content retained together with the oil. Tests on glass column were evaluated using chromatography to verify the cleaning ability of the filters made with the sorbent materials. Images of fibers obtained by electronic microscopy scanning and optical microscopy were obtained for the characterization of materials. The samples of silk-floss obtained superior cleaning ability if compared with all the other samples. The samples of carpets made with the white Poodle dog fur and silk-floss obtained superior results compared to a commercial sorbent, while the samples prepared by mixed dog hair breeds obtained closer results to the commercial sorbent. In the adsortion column test, it was used free form fibers in 1:7 proportion of oil in distilled water (nearby 260ppm of oil). The silk-floss,
the white Poodle dog hair and the mixed dog hair showed better results if compared with the commercial sorbent material, highlighting the results of the mixed dog hair fibers column that showed the lowest oil concentration outside mixture, with 9ppm.
Keywords: Sorbent. Oily water. Oil. Floss-Silk Tree. Dog fur. Filters.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - MORTE DE GOLFINHOS NO GOLFO DO MÉXICO VÍTIMA DO
DERRAMAMENTO DO PETRÓLEO.................................................................. 23
FIGURA 2 - NOMENCLATURA DA ADSORÇÃO ..................................................... 26
FIGURA 3 - CHORISIA SPECIOSA .......................................................................... 29
FIGURA 4 - ÁRVORE DA PAINEIRA (A) E GALHOS CUJO FRUTO MADURO
EXPÕE A SEDA DA PAINEIRA (B) ................................................................... 30
FIGURA 5 - GALHO COM OS FRUTOS (A), FRUTO VERDE (B) E FRUTO
MADURO COM A PAINA EXPOSTA (C) ........................................................... 30
FIGURA 6 - PÊLO DE CACHORRO ......................................................................... 31
FIGURA 7 - DERIVADOS DE PETRÓLEO APÓS O REFINO (2007) ....................... 32
FIGURA 8 - HIDROCICLONE ................................................................................... 38
FIGURA 9 - TURFA NACIONAL ............................................................................... 42
FIGURA 10 – AMOSTRAS DE PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS ..... 43
FIGURA 11 – ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO (A) E PETRÓLEO (B) ............. 43
FIGURA 12 – SEPARAÇÃO DAS FIBRAS ............................................................... 45
FIGURA 13 - ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS PARA FORMAÇÃO DO FIO ................. 45
FIGURA 14 - FOI UTILIZADO UM SACO PLÁSTICO PARA AUXILIAR NA
PRIMEIRA TORÇÃO DAS FIBRAS E ASSIM FACILITAR O PASSO SEGUINTE45
FIGURA 15 - ENROLADO MANUALMENTE PARA FACILITAR A TORÇÃO........... 46
FIGURA 16 - TORÇÃO E FORMAÇÃO DO NOVELO .............................................. 46
FIGURA 17 - BÉQUER COM PETRÓLEO AO LADO DA AMOSTRA (A), VÓRTEX
GERADO PELA AGITAÇÃO (B), AMOSTRA APÓS A SORÇÃO (C) E
SOLUÇÃO ÁGUA/ÓLEO APÓS A SORÇÃO (D). .............................................. 47
FIGURA 18 - ESQUEMA DE MONTAGEM PARA A DETERMINAÇÃO DO TEOR DE
ÁGUA POR DESTILAÇÃO ASTM D95-83 (A), PORÇÃO DE ÁGUA RETIDA
PELO COLETOR (B) E PORÇÃO DA AMOSTRA SENDO DESTILADA (C) ..... 49
FIGURA 19 - SISTEMA HÍDRICO SIMULADO ......................................................... 50
FIGURA 20 - MICROSCÓPIO ÓPTICO OLYMPUS MODELO BX51 ....................... 51
FIGURA 21 - MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA - JEOL ................. 51
FIGURA 22 - RHEO-VISCOSÍMETRO ...................................................................... 52
FIGURA 23 - COLUNAS DE PURIFICAÇÃO: PAINA (A), PÊLO DE POODLE
BRANCO (B), PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS (C) E TURFA (D)53
FIGURA 24 - AMOSTRAS DE PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS (A),
PÊLO DE POODLE BRANCO (B), PAINA (C), POLIPROPILENO EM FORMA
DE MANTA (D) E REVESTIMENTO DE ALGODÃO (E) DA TURFA (F). .......... 55
FIGURA 25 - MINI-BARREIRAS DE CONTENÇÃO: PAINA (A), PÊLO DE POODLE
BRANCO (B), PÊLO MISTURADO (C) E TURFA COM REVESTIMENTO DE
ALGODÃO (D) ................................................................................................... 56
FIGURA 26 - GRÁFICO: CAPACIDADE MÉDIA DE SORÇÃO SECA DE PETRÓLEO
COM O TEMPO ................................................................................................. 58
FIGURA 27 - GRÁFICO: CAPACIDADE MÉDIA DE SORÇÃO DE ÓLEO MINERAL
ISOLANTE COM O TEMPO ............................................................................... 61
FIGURA 28 - AMOSTRAS APÓS A SORÇÃO DINÂMICA DO PETRÓLEO: PAINA
(A), PÊLO DE POODLE BRANCO (B) E PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS
DIVERSAS(C). ................................................................................................... 62
FIGURA 29 - SORÇÃO TOTAL DAS AMOSTRAS CONSIDERANDO O DESVIO
PADRÃO. ........................................................................................................... 63
FIGURA 30 - GRÁFICO: SORÇÃO DINÂMICA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE
USADO .............................................................................................................. 65
FIGURA 31 - AMOSTRAS Nº: 150 (A), 154 (B), 160 (C) E 156 (D) .......................... 65
FIGURA 32 - AMOSTRAS DURANTE O TESTE NO SISTEMA HÍDRICO
SIMULADO: PAINA (A), PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS (B),
POLIPROPILENO EM FORMA DE MANTA (C) E PÊLO DE POODLE BRANCO
(D). ..................................................................................................................... 69
FIGURA 33 - AMPLIAÇÃO 500X: PAINA (A), PÊLO DE POODLE BRANCO (B),
PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS (C) E POLIPROPILENO EM
FORMA DE MANTA (D) ..................................................................................... 70
FIGURA 34 – AMPLIAÇÃO 100X: AMOSTRA DE TAPETE DE PÊLO DE RAÇAS
DIVERSAS (A), POODLE BRANCO (B), PAINA (C) E ALGODÃO (D). ............. 71
FIGURA 35 – MINI-BARREIRA: POODLE BRANCO COM PETRÓLEO,
AMPLIAÇÃO 200X ............................................................................................. 71
FIGURA 36 - MINI-BARREIRA COM PETRÓLEO, AMPLIAÇÃO EM 200X: PÊLO DE
CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS (A) E PAINA (B) ..................................... 72
FIGURA 37 - MEV AMPLIAÇÃO 650X: PÊLO DE CACHORRO DE RAÇAS
DIVERSAS (A) E PÊLO DE POODLE BRANCO (B) ......................................... 73
FIGURA 38 - MEV AMPLIAÇÃO 650X: PAINA ......................................................... 73
FIGURA 39 - MEV AMPLIAÇÃO 4000X: PAINA (A) E POODLE BRANCO (B) ........ 74
FIGURA 40 - AXIOVISION: DIÂMETRO DAS FIBRA DE CACHORRO DE RAÇAS
DIVERSAS ......................................................................................................... 75
FIGURA 41 - GRÁFICO: VISCOSIDADE DO PETRÓLEO ....................................... 76
FIGURA 42 - GRÁFICO: VISCOSIDADE DO ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO 76
FIGURA 43 - FOTOS EM MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
DAS FIBRAS DE CHORISIA SPECIOSA (A) AMPLIAÇÃO 80 X, FIBRA IN
NATURA; (B) AMPLIAÇÃO 80 X, A FIBRA APÓS TER SORVIDO O ÓLEO; (C)
AMPLIAÇÃO 500 X, FIBRA IN NATURA E (D) AMPLIAÇÃO 500 X, FIBRA
APÓS TER SORVIDO O ÓLEO. ........................................................................ 77
FIGURA 44 - GRÁFICO: CURVA BREAKTHROUGH DOS RESULTADOS DA
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA DO EFLUENTE COM PETRÓLEO ................. 78
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1 - CAPACIDADE DE SORÇÃO EM COLUNA ............................. 29
EQUAÇÃO 2 - SORÇÃO TOTAL EM SOLUÇÃO COM ÁGUA ........................ 48
EQUAÇÃO 3 - VISCOSIDADE ......................................................................... 52
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - PORCENTAGEM DE OCORRÊNCIA DAS RAÇAS EM RELAÇÃO
Á MASSA TOTAL COLETADA. ................................................................ 55
TABELA 2 - CAPACIDADE DE SORÇÃO EM PETRÓLEO DE TAPETES
FORMADOS COM FIOS DE PAINA ......................................................... 57
TABELA 3 - CAPACIDADE DE SORÇÃO EM PETRÓLEO DE TAPETES
FORMADOS COM FIOS DE PÊLOS DE POODLE BRANCO .................. 57
TABELA 4 CAPACIDADE DE SORÇÃO EM PETRÓLEO DE TAPETES
FORMADOS COM FIOS DE PÊLOS DE CACHORRO DE RAÇAS
DIVERSAS ................................................................................................ 57
TABELA 5 - CAPACIDADE DE SORÇÃO EM PETRÓLEO AMOSTRAS DE
SORVENTE COMERCIAL EM FORMA DE MANTA ................................ 58
TABELA 6 - CAPACIDADE DE SORÇÃO DE AMOSTRAS DE TAPETES DE
PAINA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE................................................... 59
TABELA 7 - CAPACIDADE DE SORÇÃO DE AMOSTRAS DE TAPETES DE
PÊLOS DE POODLE BRANCO EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE ........... 59
TABELA 8 - CAPACIDADE DE SORÇÃO DE AMOSTRAS DE TAPETES DE
PÊLOS DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS EM ÓLEO MINERAL
ISOLANTE ................................................................................................ 60
TABELA 9 - CAPACIDADE DE SORÇÃO DE AMOSTRAS DE SORVENTE
COMERCIAL EM FORMA DE MANTA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE 60
TABELA 10 - MÉDIA DOS VALORES DE SORÇÃO PARA ENSAIO DINÂMICO
COM PETRÓLEO. .................................................................................... 62
TABELA 11 - SORÇÃO DINÂMICA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO 64
TABELA 12 - TEOR DE ÁGUA RETIDO NAS AMOSTRAS DURANTE O
TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA UTILIZANDO PETRÓLEO ................... 66
TABELA 13 - COMPARATIVO DOS RESULTADOS DE SORÇÃO TOTAL E
TEOR DE ÁGUA RETIDO PELAS AMOSTRAS APÓS ENSAIOS COM
PETRÓLEO ............................................................................................... 67
TABELA 14 - TEOR DE ÁGUA PRESENTE NAS AMOSTRAS APÓS O TESTE
DE SORÇÃO DINÂMICA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO ........ 67
TABELA 15 - COMPARATIVO DOS RESULTADOS DE SORÇÃO TOTAL E
TEOR DE ÁGUA RETIDO PELAS AMOSTRAS APÓS OS ENSAIOS COM
ÓLEO MINERAL ISOLANTE ..................................................................... 68
TABELA 16 - ANÁLISE DAS IMAGENS DE MEV UTILIZANDO O AXIOVISION
.................................................................................................................. 75
TABELA 17 - RESULTADOS DO TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM
PETRÓLEO ............................................................................................... 92
TABELA 18 - RESULTADOS DO TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM OMI
.................................................................................................................. 93
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
°C graus Celcius
€ Euro (moeda européia)
Al Alumínio
BP British Petroleum
Btex Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos
CG-MS Cromatografia gasosa com espectrometria de massa
Cm centímetro
CONAMA Conselho nacional de meio ambiente
Eº grau Engler (viscosidade)
EUA Estados Unidos da América
g gramas (unidade de medida (peso)
HPLC Cromatografia líquida de alta eficiência
ISA
L
Índice de Sensibilidade Ambiental
Litros
M metro (unidade de medida de comprimento)
MEV Microscopia Eletrônica de varredura
MMA Ministério do meio ambiente
NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration
O Oxigênio
OMI Óleo Mineral Isolante
OMI Organização Marítima Internacional
PAC Fibra sintética Poliacrílicas
PHMB Hidrocloreto de poli-hexametileno biguanida
PPM partes por milhão
PU poliuretano
SIG Sistema de Informação Geográfica
UV-VIS
Espectroscopia ultravioleta visível
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................... 19
1.1 TEMA ......................................................................................................... 19
1.2 PROBLEMA ............................................................................................... 19
1.3 OBJETIVOS ............................................................................................... 20
1.4 METODOLOGIA ........................................................................................ 21
1.5 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ............................................................. 21
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................... 23
2.1 CONTAMINAÇÃO DOS MEIOS AQUÁTICOS COM ÓLEOS ..................... 23
2.2 SORVENTES, ABSORÇÃO E ADSORÇÃO .............................................. 26
2.3 ADSORÇÃO EM COLUNA DE VIDRO ....................................................... 28
2.4 FIBRAS NATURAIS ................................................................................... 29
2.4.1 Paina...................................................................................................... 29
2.4.2 Pêlo de Cachorro ................................................................................... 31
2.5 PETRÓLEO E DERIVADOS ...................................................................... 31
2.5.1 Petróleo ................................................................................................. 32
2.5.2 Óleo Mineral Isolante ............................................................................. 33
2.6 ENSAIO RASTREÁVEL DE HIDROCARBONETOS .................................. 33
2.6.1 Cromatografia ........................................................................................ 33
2.6.2 Ensaio com Ultravioleta Visível (Uv-Vis) ................................................ 34
2.7 LIGAÇÕES DE PONTE DE HIDROGÊNIO ................................................ 34
2.8 TRANSFERÊNCIA DE MASSA .................................................................. 35
2.9 ASPECTOS ECONÔMICOS ...................................................................... 35
2.10 ESTADO DA ARTE ................................................................................... 36
2.10.1 Plano de Contingência ........................................................................... 36
2.10.2 Confecção de Tecido à Base de Pêlo de Cachorro ............................... 37
2.10.3 Tratamento de Águas Oleosas .............................................................. 37
2.10.4 Uso de Sorventes na Purificação de Águas Oleosas ............................ 39
3 MATERIAIS .............................................................................................. 42
3.1 FIBRAS ...................................................................................................... 42
3.2 FIBRAS VEGETAIS: PAINA ....................................................................... 42
3.3 FIBRAS ANIMAIS: PÊLO DE CACHORRO ................................................ 42
3.4 ÓLEOS....................................................................................................... 43
4 MÉTODOS ................................................................................................ 44
4.1 COLETA E ESTATÍSTICA DOS PÊLOS DE CACHORRO DE RAÇAS
DIVERSAS ....................................................................................................... 44
4.2 CONFECÇÃO DAS AMOSTRAS PARA OS TESTES DE SORÇÃO .......... 44
4.3 TESTE DE SORÇÃO SECA EM PETRÓLEO ............................................ 46
4.4 TESTE DE SORÇÃO SECA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE ................... 47
4.5 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM PETRÓLEO .................................. 47
4.6 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO
................................................................................................................... 48
4.7 DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA RETIDO PELAS AMOSTRAS ..... 48
4.8 SISTEMA HÍDRICO SIMULADO ................................................................ 49
4.9 MICROSCOPIA ......................................................................................... 50
4.9.1 Óptica .................................................................................................... 50
4.9.2 Eletrônica de Varredura ......................................................................... 51
4.10 DETERMINAÇÃO DA CURVA DE VISCOSIDADE................................... 52
4.11 ENSAIO EM COLUNA DE VIDRO ............................................................ 53
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 55
5.1 COLETA E ESTATÍSTICA DOS PÊLOS DE CACHORRO DE RAÇAS
DIVERSAS ....................................................................................................... 55
5.2 CONFECÇÃO DAS AMOSTRAS PARA OS TESTES DE SORÇÃO .......... 55
5.3 TESTE DE SORÇÃO SECA EM PETRÓLEO ............................................ 56
5.4 TESTE DE SORÇÃO SECA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO ..... 59
5.5 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM PETRÓLEO .................................. 61
5.6 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO
................................................................................................................... 63
5.7 TEOR DE ÁGUA RETIDO NAS AMOSTRAS ............................................. 66
5.8 SISTEMA HÍDRICO SIMULADO ................................................................ 68
5.9 MICROSCOPIA ......................................................................................... 70
5.9.1 Óptica .................................................................................................... 70
5.9.2 Eletrônica de Varredura ......................................................................... 72
5.10 DETERMINAÇÃO DA CURVA DE VISCOSIDADE ................................. 76
5.11 ENSAIO EM COLUNA DE VIDRO............................................................ 78
6 CONCLUSÃO E SUGESTÕES ................................................................ 80
6.1 CONCLUSÃO ............................................................................................ 80
6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 81
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 83
APÊNDICES .................................................................................................... 91
19
1 INTRODUÇÃO
Nesta introdução são apresentados o tema e a definição do problema a ser
resolvido nesta dissertação e sua relevância. São descritos os objetivos e a
metodologia adotada, finalizando com a estrutura da dissertação.
1.1 TEMA
Aplicação de materiais sorventes alternativos para a limpeza de águas
contaminadas por óleos. Avaliação da capacidade de limpeza das fibras de paina
(fibra proveniente da semente da paineira) e pêlo de cachorro.
1.2 PROBLEMA
A poluição de meios aquáticos com óleos pode ocorrer no tratamento de
efluentes ou em acidentes por falhas operacionais ou mecânicas. Derramamentos
podem ocorrer durante a extração, refino, transporte ou no armazenamento de
óleos. No período de 1974 até 2000 foram registradas 232 ocorrências de liberação
de petróleo no mar só no litoral do estado de São Paulo. Recentemente, houve o
acidente com a British Petroleum em abril de 2010 na plataforma de extração da
Deepwater Horizon que afundou no Golfo do México em 22 de abril de 2010 e
lançou no mar cerca de 5 mil barris de petróleo por dia até o dia 4 de setembro de
2010, o que gerou a maior maré negra da história (BARA et al, 2010). Ou ainda, em
acidentes em menor escala como em fevereiro de 2011, onde um acidente
rodoviário com um caminhão que transportava óleo lubrificante, resultou na
interrupção de abastecimento de água por 5 dias na cidade de Cascavel no Paraná
(BOM DIA PARANÁ, 2011).
Devido à diferença de densidade, o óleo gera um filme insolúvel que diminui a
luminosidade e a aeração quando derramado em água. A dificuldade na
degradação, por exemplo do petróleo sem a presença de agentes surfactantes,
prejudica a remoção quando em contato com animais, plantas e sedimentos, e
conseqüentemente, prejudica a economia e o meio ambiente (PEDROZO et al,
2002). Por outro lado, a evaporação dos resíduos contribui para a contaminação da
atmosfera e portanto, é outro passivo ambiental (SONG et al, 2011).
Sorventes (do latim “sorbere”) são materiais que em contato com líquido têm a
capacidade de agregá-lo à sua superfície (SCHEER, 2002). Um material sorvente
20
poderá apresentar mecanismos de absorção e adsorção (referente ao capítulo 2.2
SORVENTES, ABSORÇÃO E ADSORÇÃO), que podem atuar separadamente ou
em conjunto.
Em estudos sobre a capacidade de limpeza de águas oleosas utilizando
materiais sorventes alternativos, foram detectados resultados superiores aos obtidos
com sorventes comerciais, destacando-se a paina na forma natural em testes de
sorção e o pêlo de poodle branco na forma natural em testes de coluna de vidro
(ANNUNCIADO et al, 2005; SANTOS, 2008; PEROTTA, 2009; SYDENSTRICKER,
2005; SYDENSTRICKER, 2009).
Neste trabalho foram utilizadas fibras naturais de origem animal ou vegetal
para confecção das amostras e um material sorvente comercial, para efeito de
comparação do desempenho dos materiais para limpeza de águas oleosas. Testes
foram realizados para verificar a capacidade de sorção de óleo de cada amostra e
também, foram confeccionados fios com os materiais estudados, a fim de facilitar
sua aplicação.
1.3 OBJETIVOS
O objetivo geral desta pesquisa é avaliar a capacidade de sorção/retenção de
óleos, como o (petróleo e óleo mineral isolante) utilizando fibras naturais (paina, pêlo
de Poodle ou pêlo de cachorros de diversas raças) atualmente descartadas e avaliar
a capacidade de limpeza dessas fibras na forma de filtros para águas oleosas.
Os objetivos específicos são:
a. Testar a paina, o pêlo de Poodle ou de cachorros de diversas raças como
materiais sorventes em sistemas contendo ou não água;
b. Desenvolver uma forma de fiação dos materiais naturais selecionados,
confeccionar e otimizar a tecelagem de tapetes obtidos com os fios preparados;
c. Testar a capacidade de sorção e retenção dos materiais naturais em forma de
tapete;
d. Obter produto(s) sorvente alternativo de baixo custo, para limpeza de águas
oleosas com desempenho superior ou igual ao de materiais sorventes
comerciais;
21
e. Testar os materiais selecionados na forma de filtros para testar sua capacidade
de limpeza de águas oleosas.
1.4 METODOLOGIA
A metodologia científica destina-se à apresentação dos caminhos,
instrumentos e procedimentos utilizados para realizar uma pesquisa científica
(TEIXEIRA, 2005).
Em função da dificuldade em se utilizar as fibras em sua forma natural,
primeiramente foi elaborada uma forma de confecção das amostras a partir da fiação
manual. Para verificar a capacidade de sorção de óleo pelos materiais selecionados,
foram realizados ensaios em bancada em soluções com e sem água. Nos testes
com água, foi realizada uma agitação do sistema óleo/água para simular o ambiente
real onde ocorrem contaminações. Desta forma, tentou-se eliminar o fator posição
da amostra em relação ao meio para determinação da capacidade de sorção de óleo
de cada amostra.
1.5 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Esta dissertação está estruturada da seguinte maneira:
A seção 1 descreve o Tema, o problema gerador, seguido dos objetivos do
trabalho e a metodologia da pesquisa.
A seção 2 fornece um breve relato de acidentes com óleos em meios
aquáticos. Foi feita uma descrição de definições e das características necessárias
para obtenção de resultados significativos na descontaminação, bem como os
fatores físicos e químicos associados aos materiais sorventes e aos contaminantes.
Em seguida foi descrito o estado da arte, com trabalhos atuais realizados em áreas
relacionadas com a desta dissertação, mostrando o que foi feito e concluído por
vários autores. Com isso são apresentados os atuais desafios existentes e dentre
esses, os que serão objetivo desta dissertação.
Na seção 3 são descritos os materiais utilizados nesta pesquisa.
A seção 4 descreve-se o aparato experimental e os testes realizados para a
avaliação da aplicabilidade dos materiais como agentes auxiliares na
descontaminação de água oleosa.
22
Na seção 5 são apresentados os resultados e é feita uma discussão.
Por fim, a seção 6, são apresentas as conclusões obtidas com o
desenvolvimento deste trabalho e a sugestões para trabalhos futuros.
23
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CONTAMINAÇÃO DOS MEIOS AQUÁTICOS COM ÓLEOS
A água é um dos recursos naturais intensamente utilizados no mundo. É
fundamental para a existência e manutenção da vida e, para isso, deve estar
presente no ambiente em quantidade e qualidade adequadas. Inúmeras são as
previsões relativas à sua escassez (SANTOS et al., 2007). O homem usa a água
não só para suprir suas necessidades humanas, mas também para outros fins, como
irrigação, geração de energia, navegação, diluição de despejos e exploração e
produções industriais. Atualmente existe, em todo o mundo, uma grande
preocupação com a água, não só por causa de sua escassez em algumas regiões,
mas também por causa de processos constantes de poluição aos quais ela é
submetida (SANTOS et al., 2008).
A poluição das águas por óleos representa um percentual elevado nos
problemas por contaminantes orgânicos uma vez que os combustíveis fósseis, como
o petróleo e seus subprodutos, prejudicam a aeração e a iluminação natural de
cursos d’água, devido à formação de um filme insolúvel na superfície, produzindo
efeitos nocivos na fauna e flora (SHENKMANN; STOKSTAD, 2010), além de
aumentar os níveis de ozônio e afetar a qualidade do ar (SONG et al, 2011). Como é
possível verificar na FIGURA 1.
Vários acidentes com derramamento de petróleo em meio aquático ocorrem
freqüentemente seja por acidentes envolvendo navios petroleiros (colisões,
FIGURA 1 - Morte de golfinhos no Golfo do México vítima do derramamento do petróleo
Fonte: SHENKMANN; STOKSTAD, 2010
24
naufrágio e encalhes), ou problemas na plataforma marítima de extração, ou ainda
de qualquer navio ou embarcação, já que todos utilizam óleo combustível como
fonte de propulsão (LIMA et al, 2008).
Registros contabilizam que 3,2 milhões de toneladas de petróleo contaminam
os meios aquáticos todos os anos. O navio petroleiro Exxon Valdez em 1989
contaminou o Alaska com 42 milhões de litros de Petróleo (PEDROZO et al, 2002;
SHARIFI et al, 2010). O mais recente acidente é o da plataforma de extração da
Deepwater Horizon que afundou no Golfo do México em 22 de abril de 2010 e
lançou no mar cerca de 5 mil barris de petróleo por dia, sendo que em 17 de julho a
empresa anunciou ter estancado temporariamente o derrame de petróleo do poço e
somente em 20 de setembro do mesmo ano, a BP selou o poço de petróleo no Golfo
do México (VIOTTO, 2010; EURONEWS, 2010).
No Brasil, contabilizando somente os acidentes envolvendo o transporte
marítimo de petróleo no Canal de São Sebastião localizado no litoral norte de São
Paulo, foram registrados 338 acidentes no período de 1978 a 2007 (LIMA et al,
2008). Em 2011, após problemas durante a perfuração de poço de produção no
Campo de Frade, no Rio de Janeiro, a empresa Chevron foi responsável pela
liberação de 381,6mil litros de petróleo em alto mar, na região denominada de Bacia
de Campos (LUNA, 2011).
O derrame de poucos gramas de óleo acarreta na inutilização de dezenas, ou
até centenas, de metros cúbicos de água para consumo humano. No ano de 2000, o
rompimento de um duto da Petrobrás na Refinaria Duque de Caxias, provocou um
vazamento de 1,3 milhões de óleo combustível na Baía de Guanabara, este óleo se
espalhou por 40 quilômetros quadrados (LIMA et al, 2010).
Os reservatórios de petróleo possuem água, petróleo e gás. São utilizados
hidrociclones e flotação para separação da água. A água proveniente do separador
água/óleo, é enviada á um vaso desgaseificador, antes do despejo ao mar no caso
de campos marítimos e reinjetadas em poços terrestres a fim de ser realizada a
recuperação secundária ou o descarte. A disponibilidade, o custo e outras
características apresentadas pela água fazem com que ela seja o principal fluido
utilizado na recuperação adicional de óleo (THOMAS, 2001).
Uma das causas dos acidentes no transporte e no armazenamento é a
corrosão por CO2 das ligas e dutos metálicos que formam os oleodutos e os tanques
de armazenamento (WEI et al, 2005; ZHANG, 2009). O CO2 é resultante da digestão
25
de hidrocarbonetos, fonte de carbono, por microorganismos. Alguns
microorganismos atuam como despolarizadores catódicos, formadores de lama ou
crescem em certas regiões do metal, produzindo células de oxigênio e contribuindo
para vários tipos de corrosão. Destacam-se as bactérias: sulfo-redutoras, ferro-
bactérias e as formadoras de lama (CORRÊA, 2003; HU e NEVILLE, 2009).
Águas oleosas também são produzidas pelas indústrias de papel, têxteis,
farmacêuticas, químicas e petroquímicas. Além disso, atividades ditas cotidianas
como a lavagem de motores, carros e aviões, oficinas mecânicas e postos de
gasolina pois também são responsáveis pela contaminação de águas. Se cada uma
dessas pequenas quantidades de efluentes gerados por essas atividades não for
tratado, a poluição se torna significativa. Vale ressaltar que, além dos impactos
ambientais de tais efluentes oleosos, citam-se também os problemas técnicos a eles
relacionados, como o aumento do consumo de energia para bombeamentos, a
corrosão e a necessidade de manutenções mais freqüentes de empresas onde há
riscos de contaminação por óleos (SAIFUDDIN e CHUA, 2004).
Em 1948 foi criada a OMI – Organização Marítima Internacional, com intuito
de criar e controlar normas internacionais para segurança e proteção do ambiente
marinho (TINÔCO, 2003).
Na indústria metal-mecânica, emulsões de óleo em água, denominadas
“cutting fluids”, são resultantes do processo de corte ou usinagem com material
lubrificante. Devido à degradação térmica durante o seu uso, assim como à
contaminação por partículas em suspensão, tais líquidos devem ser periodicamente
trocados, o que gera um dos principais efluentes das indústrias metalúrgicas.
Estima-se que essas empresas gerem um efluente que apresenta em torno de 0,3-
0,7 g de óleo lubrificante para usinagem em emulsão a cada litro produzido, além de
30 g de óleo livre por litro de efluente (WEINTRAUB et al., 1983; ASTAKHOV, 2011).
Outra fonte de águas oleosas que pode ser citada são as usinas de açúcar e
álcool, cujas águas residuais do setor de moagem contêm óleos, graxas e
lubrificantes, além de resíduos de bagaço de cana, terra e areia (ENGENHO NOVO,
2011).
Um dos problemas comumente encontrados na maioria das estações de
tratamento industriais é a adequação dos efluentes a serem descartados nos corpos
receptores. De acordo com a resolução 357 do CONAMA que estabelece os limites
de contaminantes em efluentes, o limite de contaminação de óleo e graxas, é de 20
26
ppm (mg/L) para óleos minerais e 50 ppm para óleos vegetais e gorduras animais, o
que gera uma necessidade cada vez maior de novos processos e técnicas de
tratamento para águas contaminadas (CONAMA, 2005).
2.2 SORVENTES, ABSORÇÃO E ADSORÇÃO
Um material para ser empregado como sorvente deve apresentar a
capacidade de atrair o óleo e repelir a água, ou seja, possuir caráter oleofílico e
hidrofóbico. O uso de materiais naturais para aplicações em operações de limpeza
ou purificação de águas oleosas pode representar uma alternativa atrativa nos
sentidos econômico e ambiental (ANNUNCIADO., 2005; ADEBAJO et al, 2003).
Os mecanismos envolvidos no fenômeno da sorção em materiais sorventes
são a adsorção e absorção. A sorção é um termo geral, utilizado para designar
esses dois processos. A absorção pode ser entendida como um fenômeno no qual
uma substância flui para o interior da outra, ocupando seus poros. A adsorção, por
sua vez, é um processo no qual as moléculas ou átomos de uma fase ficam retidas
na superfície sólida por ação das forças de campo. É um processo que está
baseado na afinidade química entre o sorvente e o sorvato, através de uma grande
área específica por isso resulta em um processo de interação mais forte.
Denomina-se adsorvente a substância em cuja superfície se produz o
fenômeno da adsorção; adsortivo o fluido em contato com o adsorvente e adsorbato
as espécies químicas retidas pelo adsorvente, como mostrado na FIGURA 2.
FIGURA 2 - Nomenclatura da adsorção
Fonte: NÒBREGA, 2001
27
A velocidade com que uma substância (sorvato) em fase aquosa é removida
para uma fase sólida (sorvente) é controlada principalmente por três processos: a
difusão ou a transferência de massa do soluto para a camada do fluido que circunda
a partícula adsorvente; a difusão no filme ou difusão do soluto na interface entre as
fases líquida e sólida para o sólido e a sorção do soluto na superfície interna dos
poros do sorvente. O processo mais lento entre os três determinará a velocidade da
sorção. Geralmente, a sorção dos solutos nos sítios da superfície interna ocorre
quase instantaneamente e tem pouco efeito na velocidade total do processo. A
transferência de massa do soluto da solução para a camada de fluido ao redor da
partícula poderá ocorrer mais lentamente, mas normalmente é promovida pela
agitação manual ou mecânica do sistema de sorção. Assim, a difusão do soluto
através da superfície do sorvente ou difusão no filme normalmente é o fator limitante
da velocidade de sorção e, neste caso, o gradiente de concentração do soluto
através da superfície do sorvente terá grande influência na velocidade de sorção,
uma vez que os sítios mais superficiais do sorvente são rapidamente ocupados.
Deste modo, a velocidade de sorção tende a diminuir pela necessidade e maior
dificuldade do soluto migrar mais internamente para encontrar os sítios disponíveis
contribuindo para a capacidade e intensidade de adsorção (FERREIRA, 2003).
Materiais sorventes sintéticos, como barreiras de polipropileno (PP),
polietileno (PE) e fibras e espumas de poliuretano (PU) de células abertas, são
materiais altamente oleofílicos e hidrofóbicos, tradicionalmente utilizados na
remediação durante as operações de limpeza em derramamentos (ADEBAJO et al,
2003). O PP e o PU exibem taxas de sorção de 14g óleo/g sorvente e 60g óleo/g de
sorvente, respectivamente. Contudo, estes materiais possuem degradação lenta no
ambiente, o que os torna outro passivo ambiental, juntamente com o óleo sorvido. As
espumas de poliuretano são materiais altamente tóxicos, uma vez que liberam
cianetos e compostos aromáticos durante o seu processo de incineração. Turfas têm
sido usadas comercialmente na limpeza de águas contendo grandes quantidades de
óleo. Além de todos os materiais tradicionais estudados, materiais alternativos, como
os resíduos agrícolas, têm sido utilizados com sucesso em substituição,
principalmente, ao carvão ativado, uma vez que estes materiais são encontrados
com grande facilidade em determinadas regiões do Brasil (SANTOS et al., 2008).
Segundo ORNELAS et al (2004), a bioadsorção pode ser considerada como uma
tecnologia emergente, e que pode ser considerada como um substituto ou um
28
cooperador com as tecnologias já utilizadas de tratamento. A utilização das
biomassas para a remoção de óleos e graxas tem despertado grande interesse
devido ao seu elevado desempenho e baixo custo de aquisição. Outra grande
vantagem da utilização das biomassas, é que estas não necessitam de regeneração
após o processo de adsorção, uma vez que este material pode ser encontrado na
forma de resíduos sólidos, dispostos no meio ambiente (SANTOS et al, 2007).
A utilização de materiais naturais como sorventes para limpeza de águas
oleosas, além de diminuir os resíduos descartados em aterros pode gerar resultados
superiores aos produtos comerciais, no combate aos derramamentos de óleos. O
principal requisito para um processo adsortivo econômico é um adsorvente com altos
valores de seletividade, capacidade e tempo de vida. Os adsorventes naturais vêm
ganhando mais força e campo na recuperação de diversos materiais (SCHEER,
2002).
2.3 ADSORÇÃO EM COLUNA DE VIDRO
O processo de adsorção de componentes de misturas fluidas através de
colunas de leito fixo de materiais adsorventes porosos é geralmente usada na
remoção de compostos orgânicos presentes em muitos efluentes industriais, cuja
remoção se torna difícil por processos de tratamentos biológicos convencionais
(NÓBREGA, 2001). Em nível operacional, uma coluna de leito fixo possui um tempo
de trabalho determinado pela sua capacidade de adsorver o contaminante, de tal
forma que a saída do efluente atenda os níveis permitidos de concentração.
(CONAMA, 2005; PERUZZO, 2003).
À medida que a solução atravessa o leito, a zona de adsorção vai descendo
como uma verdadeira onda que se propaga. No instante em que o leito se encontra
saturado, a concentração de saída já tem um valor apreciável. Esse instante é
caracterizado como “breakpoint” ou ponto de quebra. A partir deste ponto a
concentração de saída aumenta rapidamente até que, a concentração de saída seja
praticamente igual à de entrada. A parcela da curva de adsorção entre os instantes
do início da utilização do leito até após a ocorrência do “breakpoint”, constitui a curva
de “breakthrough” ou curva de ruptura (NÓBREGA, 2001).
O cálculo da capacidade de adsorção em colunas de leito fixo pode ser obtido
fazendo-se um balanço de massa na coluna, e monitorando a concentração na
29
t
s
lout
s m
CVdt
C
C
m
QCq
0
0
0
0 1*
saída da coluna em função do tempo. Para efetuar este cálculo é necessário garantir
que a coluna esteja saturada, isto é, a concentração na saída da coluna deve ser
igual à concentração de alimentação (BORBA, 2006). Logo, a capacidade de
adsorção da coluna pode ser representada pela
Equação 1:
Equação 1 - Capacidade de Sorção em Coluna
Onde q* é a capacidade de adsorção do adsorvente (meq/g), Cout é a
concentração do adsorvato na fase fluida na saída da coluna (meq/L), C0 é a
concentração de alimentação na fase fluida (meq/L), ms é a massa seca de
adsorvente (g), Q é a vazão volumétrica da fase fluida (L/min) e VL é o volume do
leito (l).
2.4 FIBRAS NATURAIS
São fibras adquiridas na natureza sem origem artificial ou sintética. Neste
trabalho foi utilizada como fibra vegetal a Paina e como fibra animal o pêlo de
cachorro, além da turfa, sorvente comercial para uso como parâmetro (amostra de
controle).
2.4.1 Paina
Flores grandes nas cores rosa e branca cujo fruto é em forma cápsula ovóide
(LORENZI, 2002; ESALQ, 2005), conforme a FIGURA 3.
FIGURA 3 - Chorisia speciosa
Fonte: ENOKIDO, 2010
30
A Paineira pertence à família das Bombacáceas. São árvores de grande
porte, chega à 30 metros de altura, tronco robusto com acúleos na casca, dotada de
copa globosa ampla (FIGURA 4). Nome científico é Chorisia speciosa e seus nomes
populares são: paineira-rosa, paineira, árvore-de-paina, paineira-branca, paina-de-
seda, barriguda, árvore-de-lã e paineira-fêmea. Ocorre originalmente nos estados do
Rio de Janeiro, Minas Gerais, Goiás, São Paulo, Mato Grosso do Sul e Paraná
(LORENZI, 2002).
No interior do fruto as sementes ficam envolvidas pela seda da Paineira, que
possui papel fundamental no deslocamento aéreo das sementes, quando o fruto
maduro se abre (FIGURA 5). O fruto da paineira mede em torno de 20 cm de
comprimento por 7 cm de diâmetro com numerosas sementes envolvidas em
filamentos sedosos conhecidos como paina (ESALQ, 2005).
a) b) c)
a) b)
FIGURA 4 - Árvore da Paineira (a) e galhos cujo fruto maduro expõe a seda da paineira (b)
Fonte: LORENZI, 2002 e MAZZA,1998
FIGURA 5 - Galho com os frutos (a), fruto verde (b) e fruto maduro com a paina exposta (c)
Fonte: MAZZA, 1998; ESALQ, 2005
31
2.4.2 Pêlo de cachorro
Algumas raças de cachorro necessitam de tosa periódica dos pêlos, o que
gera o descarte destas fibras. Em torno de 17% da população canina é composta
por cães da raça Poodle. O pêlo de cachorro da raça Poodle apresenta morfologia
semelhante à da lã de carneiro, visto que o pêlo também é constituído de proteínas,
destacando-se a presença de queratina (AZEVEDO et al, 2008). Na FIGURA 6
temos a imagem do Cachorro Poodle Castor, único doador das amostras
denominadas de “pêlo de cachorro de Poodle Branco”. As amostras foram coletadas
a partir de tosa periódica.
2.5 PETRÓLEO E DERIVADOS
Petróleo significa óleo da pedra, por ser encontrado na maioria das vezes,
impregnado em determinadas rochas porosas, dispostas em camadas geológicas
sedimentares (CORRÊA, 2003).
O petróleo cru não tem aplicação direta. A sua utilização exige o processo de
refino, do qual se obtém os derivados. Nas refinarias o petróleo é colocado em
ebulição para fracionamento de seus componentes e conseqüente obtenção de
derivados. O tipo de derivado obtido depende da qualidade de petróleo: leve, médio
ou pesado, de acordo com o tipo de solo do qual foi extraído e a composição
química (ANEEL, 2008). Na Figura 7 é apresentada a proporção de produção de
derivados do petróleo.
FIGURA 6 - Pêlo de cachorro
32
2.5.1 Petróleo
O petróleo é um óleo inflamável, formado pela decomposição, durante
milhões de anos, de matéria orgânica como plantas e animais, e encontrado apenas
em terreno sedimentar. A base de sua composição é o hidrocarboneto, substância
composta por carbono e hidrogênio, à qual podem se juntar átomos de oxigênio,
nitrogênio e enxofre, além de íons metálicos, principalmente de níquel e vanádio
(ANEEL, 2008). Na sua forma bruta é freqüentemente na cor escura, é um líquido de
densidade geralmente inferior à da água (REMY et al, 2002).
Além da matéria da decomposição da matéria orgânica a origem das rochas
sedimentares contribui na geração do petróleo (acúmulo de fragmentos de outros
minerais). O petróleo fica armazenado em rochas porosas (rocha reservatório),
onde armadilhas geológicas (rocha selante), não permitem a migração do petróleo
para áreas com menor pressão (CARDOSO, 2005).
O petróleo foi encontrado na China no século III quando se escavava o solo
em busca de sal gema. Após acidentes fatais os chineses perceberam a existência
do gás natural que foi canalizado pela primeira vez por dutos de bambu (ALTAVISA,
2011). Em 1850, na Escócia, o químico James Young descobriu que o petróleo
poderia ser extraído do carvão e do xisto betuminoso, sendo então desenvolvido o
primeiro processo de refino documentado. Muitos consideram que o marco inicial na
exploração do petróleo ocorreu em 1859, quando o Edwin Drake perfurou um poço
de petróleo de 20m de profundidade, em Tittusville, Pensilvânia EUA (CARDOSO,
2005).
FIGURA 7 - Derivados de petróleo após o refino (2007)
Fonte: ANEEL, 2008
35%
20%14%
11%
4%
16%
Óleo diesel Gasolina Óleo combustível
GLP Outros energéticos Não energéticos
33
As atividades associadas á exploração, produção e prospecção fazem parte
do segmento denominado de “upstream” enquanto que as atividades de refino e
beneficiamento são do segmento “downstream”. As atividades estritamente
relacionadas ao setor de refino também são denominadas de “midstream”
(CARDOSO, 2005).
2.5.2 Óleo mineral isolante
O Óleo Mineral Isolante é proveniente do refino do petróleo á 300 – 400ºC,
apresentando a capacidade de isolamento elétrico e resfriamento (CLAIBORNE e
CHERRY, 2006). A maioria das moléculas é constituída por hidrocarbonetos, com
baixo teor de enxofre, oxigênio e nitrogênio (WILSON, 1980).
Durante o funcionamento do transformador de tensão ocorre o
envelhecimento do Óleo Mineral Isolante, alterando suas propriedades químicas,
físicas e elétricas. Como a aceleração do processo de degradação da celulose (o
papel está presente na parte interna do transformador), deterioração das
propriedades isolantes e formação de borra (dificultando a troca de calor) (FRANCH,
2010).
2.6 ENSAIO RASTREÁVEL DE HIDROCARBONETOS
Investigação ambiental forense para avaliação do dimensionamento de
derramamento de óleo, utiliza a identificação de biomarcadores para caracterizar o
local determinando o volume e o tipo de óleo derramado (WANG e STOUT, 2007).
2.6.1 Cromatografia
A cromatografia é um método físico-químico de separação de misturas e
identificação dos componentes, está fundamentada na migração diferencial dos
componentes de uma mistura, que ocorre devido a diferentes interações entre duas
fases imiscíveis, a fase móvel e a fase estacionária. A interação dos componentes
da mistura com estas duas fases são influenciadas por diferentes forças
intermoleculares, incluindo iônica, bipolar, apolar e efeitos de afinidade e
solubilidade. A grande variabilidade de combinações entre a fase móvel e a
estacionária faz com que a cromatografia tenha uma série de técnicas diferenciadas.
34
É dividida em cromatografia líquida clássica, líquida de alta eficiência e
cromatografia gasosa (DEGANI et al, 1998).
A cromatografia líquida em coluna divide-se em dois grupos: a cromatografia
líquida clássica, feita em colunas de vidro onde o fluxo da fase móvel depende da
gravidade; e a cromatografia líquida que normalmente utiliza colunas metálicas e
pressões de fase móvel elevada (obtida pela utilização de bomba de alta pressão)
(COLLINS et al, 2006).
2.6.2 Ensaio com Ultravioleta Visível (UV-VIS)
A espectroscopia de fluorescência, utiliza luz ultravioleta (UV) é amplamente
usada para medir a concentração total de produtos oleosos em água, principalmente
devido à sua rapidez e simplicidade quando comparada a outros métodos, tais como
a cromatografia gasosa-espectrometria de massa (CG-MS) ou a cromatografia
líquida de alta eficiência (HPLC). Na espectroscopia de ultravioleta (UV) se utiliza
radiação de baixo comprimento de onda (λ 200-380 nm) e alta energia e a resposta
é analisada em espectrofotômetro. A amostra, para ser observável, deve apresentar
estrutura molecular adequada: presença de ligações insaturadas, ou seja, ligações π
(duplas ou triplas). Quando a radiação na freqüência do UV passa por um composto
insaturado, parte dela é absorvida. A absorção é causada pela redução da energia
do feixe da radiação quando elétrons em orbitais moleculares de baixa energia são
excitados a orbitais moleculares de maior energia. O espectrofotômetro UV-VIS
mede a intensidade da radiação absorvida a cada comprimento de onda (λ)
(SILVERSTEIN, 1998).
2.7 LIGAÇÕES DE PONTE DE HIDROGÊNIO
A ligação de hidrogênio é uma interação atrativa duas espécies de elementos
uma eletronegativa e a outra possui um par isolado de elétrons. A energia da ligação
de hidrogênio é da ordem de 20kJ/mol. Como a ligação depende da superposição
dos orbitais, é uma interação de contato a qual desaparece quando o contato é
rompido. Moléculas apolares dissolvem-se pouco em moléculas polares, porém
interações fortes entre o solvente e o soluto não podem ocorrer o que caracteriza a
interação hidrofóbica. Quando o soluto possui grupos hidrofóbicos, são formadas
35
moléculas de água unidas por pontes de hidrogênio em estruturas capazes de
aprisionar as moléculas com grupos hidrofóbicos. Isto é a base para métodos de
separação e purificação de compostos orgânicos sob condições de operação não-
destrutiva (ATKINS, 2006). Uma superfície polar contribui para o aumento dos
efeitos de remoção das partículas oleosas do fluído (MAHLER et al, 2010).
2.8 TRANSFERÊNCIA DE MASSA
Muitas operações envolvendo transferência de massa são acompanhadas de
reações químicas sendo que a cinética da reação pode ter um considerável efeito
nas taxas de transferência. A transferência de massa em escoamento lento através
de leito com recheios, é conduzida em regime de análise dimensional, porém as
informações detalhadas só estão disponíveis para o recheio constituído de partículas
esféricas (BIRD et al, 2004).
2.9 ASPECTOS ECONÔMICOS
O acidente com o petroleiro Exxon Valdez no Alasca em 1989 gerou um
prejuízo estimado em 2,8 milhões de dólares para os EUA. No caso do petroleiro
“Prestige”, que em 2002 liberou 77 mil toneladas de petróleo na costa da Galiza -
Espanha (cuja capital é Santiago de Compostela), somente os custos de limpeza
ultrapassaram 1 milhão de euros na época do acidente (LIU, 2010). Anos após o
desastre do Prestige, cujos destroços do navio se encontram na profundidade de
3500m e 3800m, o óleo atingiu as águas superficiais sem apresentar sinais de
degradação, deixando um rastro na coluna de água acima dos destroços (ELORDUI-
ZAPATARIETXE et al, 2010).
Em novembro de 1998 o navio “Pallas” após um incêndio no compartimento
de cargas, encalhou e resultou na liberação de 60 toneladas de óleo combustível
próximo a costa da Dinamarca, onde foram gastos 14 milhões em Marco Alemão
(moeda oficial da Alemanha reunificada até 1999) (LIU, 2010).
No trabalho de LIU (2010), foi apresentado um método de avaliação
econômica para prognóstico dos gastos para recuperação conforme a quantidade de
36
óleo liberada no ambiente, a localidade, tipo de óleo e o tempo. Variando de €1,28
milhão até €41,27 milhões em gastos para recuperação do ambiente.
2.10 ESTADO DA ARTE
Com a contextualização das pesquisas que estão sendo feitas atualmente nos
temas deste trabalho é possível identificar os desafios existentes e delimitar as
propostas que serão abordadas nesta dissertação.
2.10.1 Plano de contingência
Contingência é um fato que pode ou não ocorrer, sendo que sua ocorrência
pode acarretar em uma emergência de grande porte. Pode ser definida emergência
de grande porte toda ocorrência que gera danos a pessoas, meio ambiente ou
equipamentos. Para delimitar e direcionar as ações para prevenção e controle de
acidentes é necessário um plano de contingência (CARDOSO, 2005).
Para o combate à poluição por óleo em qualquer tipo de ecossistema, a
primeira etapa é um estudo de Plano de Contingência onde são estudados os
pontos de vulnerabilidade do processo de manuseio do óleo, ou seja, na extração,
no refino, no transporte ou no armazenamento. Assim, são definidos os
procedimentos que devem ser adotados antes, durante e após um derramamento
(SANTOS, 2006; DALTON e JIN, 2010).
Em 2002 foi iniciada a geração e o mapeamento do ISA – Índice de
Sensibilidade Ambiental, a nível nacional pela Petrobrás e internacional pela NOAA,
realizando a análise dos ambientes costeiros mapeados através de dados de
sensores remotos, juntamente com o sistema de informação geográfica (SIG), dados
sobre geomorfologia, litologia associando estas informações com o relevo da região
para o controle de sensibilidade de derramamento de óleo nas regiões costeiras. A
elaboração de mapas de ISA auxilia na elaboração de estratégias de prevenção e
controle de derramamento de petróleo (BOULHOSA e SOUZA, 2009; DALTON e
JIN, 2010).
Ainda no âmbito do estudo dos fatores geradores de acidentes ambientais
com petróleo, destaca-se o estudo das possíveis condições que favorecem a
erosão-corrosão dos dutos de transporte de petróleo, identificando os parâmetros
37
críticos e possibilitando a utilização de mecanismos de controle e prevenção (HU e
NEVILLE, 2009; ZHANG, 2009).
Utilizando estes dados para compreensão dos parâmetros de vulnerabilidade
e associando à métodos matemáticos multi-critérios, como ponderação linear, é
possível criar uma ferramenta de suporte para tomadas de decisões para os
gestores (LIU, 2010).
2.10.2 Confecção de tecido à base de pêlo de cachorro
Utilizando pêlo de Poodle, foi obtido o tecido denominado CANICHE (em
francês é o sinônimo de Poodle). A presença de fibras curtas dificulta a utilização de
equipamentos convencionais para fiação do pêlo, por isso foi associado a fibra de
acrílico (PAC), na proporção 1:3 de pêlo de Poodle para PAC. O fio obtido foi tingido
seguido de uma aplicação de PHMB – Hidrocloreto de poli-hexametileno biguanida,
para minimizar a proliferação de bactérias. Após a aplicação do bactericida foram
confeccionados os tecidos para finalizar com a criação de vestimentas para os
próprios animais (AZEVEDO et al, 2008).
2.10.3 Tratamento de águas oleosas
Para o tratamento de ambientes contaminados por óleo, podem ser utilizados
processos físicos, térmicos, químicos ou biológicos. Os processos químicos,
denominados processos oxidativos avançados, baseiam-se na formação de grupos
hidroxila altamente oxidantes tendo como produto final dióxido de carbono, água e
íons inorgânicos. Processos biológicos dependem da utilização de microorganismos
para metabolização, porém não há bons resultados sob elevadas concentrações de
óleo contendo frações mais pesadas (MILLIOLI et al, 2004; WEI et al, 2005;
RIBEIRO et al, 2000).
Nos processos biológicos se destacam a utilização de surfactantes compostos
de origem microbiana que têm a capacidade de reduzir a tensão superficial (fases
líquido-gás) ou a tensão interfacial (fases imiscíveis líquido-líquidos), diminuindo a
tensão superficial do hidrocarboneto com a água e contribuindo para o aumento da
biodegradação do petróleo (PIRÔLLO, 2006; KRONEMBERGER et al, 2010; ASÇI et
al, 2010).
Berton et al (2011), desenvolveu uma metodologia para utilização de
surfactante na separação da água em emulsões com óleo, onde as emulsões foram
38
centrifugadas, facilitando o processo de floculação, para em seguida o óleo ser
retirado por bombeamento finalizando com a aplicação do agente surfactante. Foi
utilizado os surfactantes Tween 20, Tween 80, MLG, Citrem e Span 20.
Em 1891 Bretney depositou a patente, sobre a aplicação do ciclone de ar para
os fluxos líquidos. Nos últimos anos, pesquisas desenvolveram métodos de
aplicação de hidrociclones na separação de substâncias com diferentes densidades
a partir da força centrífuga criada por um fluxo de redemoinho (BAI et al, 2011).
A força motriz de separação é a força centrífuga, resultando na transformação
da energia estática do fluido (pressão do fluido) em energia dinâmica (velocidade do
fluido), onde a estrutura do hidrociclone consiste em uma parte em forma cilíndrica e
outra na forma cônica, onde o líquido é injetado tangencialmente por uma entrada
superior induzindo um forte movimento de redemoinho, conforme Figura 8 (BAI et al,
2011; NAKASHIMA et al, 2005).
Srinivasan (2010) associou o processo de hidrociclones com a utilização de
fungos Mucor rouxii como biosurfactante, para separação água óleo.
No início da década de 1970, além dos processos de clássicos de separação,
como destilação, filtração, absorção, troca iônica, centrifugação, extração por
solvente e cristalização, surge a utilização de membranas sintéticas como barreira
Fluxo Superior
Fluxo Inferior
Alimentação
Espiral interna
Espiral externa
Figura 8 - Hidrociclone
Fonte: BAI et al, 2011
39
seletiva. A eficiência dos sistemas de separação que utilizam membranas está
diretamente associada ao tamanho das espécies presente e o tamanho dos poros
da membrana, sendo denominados os processos em: microfiltração (MF),
ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) e diálise (D) (HARBERT et al, 2006).
Nos reservatórios de petróleo, além do petróleo há gás e água, esta água é
denominada água conata (CORRÊA, 2003). Além da água conata, há a água de
injeção utilizada na recuperação do poço de petróleo, auxiliando na elevação do
fluído até a superfície (THOMAS, 2001; CARDOSO, 2005). Segundo CAMPOS et al
(2002), para cada barril de petróleo são gerados dez barris de água oleosa.
Pendashteh et al (2011) utilizou o processo de biorreator com membrana para
recuperar estas águas residuais provenientes do processo de extração do petróleo.
Associando este processo após um tratamento primário onde foi empregado
hidrociclones, coagulação e floculação, para assim obter melhores resultados.
Abadi et al (2011) realizou microfiltração de águas residuais a partir da
utilização de membrana cerâmica tubular , para retirada do óleo. Membranas
cerâmicas suportam fluxos elevados em função da sua maior porosidade e maior
superfície hidrofílica, comparado com as membranas orgânicas.
Javaid et al (2010) também utilizou membranas cerâmicas tubulares para
microfiltração do óleo vegetal. Neste caso, o objetivo principal foi a utilização do óleo
e o aumento de sua vida útil. A microfiltração retirou a água e outras substâncias que
contribuem para o envelhecimento do óleo e prejudicam sua eficiência.
2.10.4 Uso de sorventes na purificação de águas oleosas
“Água oleosa” é um termo genérico usado para descrever todas as águas que
apresentam quantidades variáveis de óleos, graxas e lubrificantes, além de uma
variedade de outros materiais em suspensão, que podem incluir areia, terra, argila e
outros, e uma gama de substâncias coloidais e dissolvidas, tais como detergentes,
sais ou metais pesados (SANTOS, 2008; ANNUNCIADO, 2005).
Os óleos e graxas podem estar presentes na água oleosa em duas formas
distintas: livres ou emulsionados. O óleo livre é aquele que corresponde a uma fase
visivelmente distinta da fase aquosa, que devido à diferença de densidade aparece
como uma camada flutuando na superfície da água ou como gotículas em
suspensão, sendo facilmente identificável. Quando a água oleosa contém óleo
emulsionado, este se encontra tão intimamente misturado e estabilizado na água
32OAl
40
que a sua presença não pode ser distinguida a olho nu, tendo-se um sistema
aparentemente monofásico água-óleo, que é conhecido como emulsão (FOUST,
1982).
Annunciado (2005) utilizando sisal, bucha vegetal, serragem, rejeitos
folhosos, fibra de côco em testes de sorção estática e dinâmica com petróleo
verificou que o sisal, a bucha vegetal, a fibra de côco e a serragem não são
indicados para aplicação de contenção em meio aquático, pois após a sorção
perdem a capacidade de flutuar em água contribuindo para um novo problema
ecológico por dificultar a retirada deste do meio aquático. A paina em sua forma livre
apresentou uma rápida e alta capacidade de sorção de óleo de aproximadamente
85g de óleo por gramas de sorvente.
Bonetti em 2005 testou diferentes tipos de revestimento para confecção de
barreiras, onde utilizando algodão cru, tule, tecido reciclado, viscose, algodão-
poliviscose em ensaios de sorção com óleo diesel e gasolina, verificou o destaque
para o tecido de algodão cru e algodão não alvejado, por apresentarem menor
impedimento na capacidade de sorção. O ensaios foram realizados com recheio de
paina, turfa e manta de polipropileno. Em 2006 Bonetti testou a capacidade de
sorção da Cortaderia selloana (Capim dos pampas) como sorvente para derivados
do petróleo. Os resultados de sorção para gasolina, diesel e diesel marítimo foram
de respectivamente de 11,25, 17,28 e 18,17 g de óleo por g de sorvente.
Tanobe (2007) testou espumas de poliuretanos flexíveis com densidades
diferentes como sorventes de petróleo e diesel marítimo com água do mar artificial.
Os ensaios foram realizados em sistema estático e dinâmico onde foram verificados
bons resultados de sorção em torno de 58,2 g de óleo por g de sorvente.
Santos et al (2008) verificou a capacidade de sorção de fibras de agave azul,
proveniente da fabricação de tequila, em sistemas seco, estático e dinâmico com
petróleo. Com o objetivo de comparação, foi realizado os ensaios também com
paina. Porém as fibras de agave azul obtiveram resultados muito inferiores aos
outros materiais inclusive aos materiais comercialmente utilizados.
Rajakovic-Ognjanovic et al (2008) utilizou lã de carneiro como sorvente
orgânico e como sorvente inorgânico: sepiolite, bentonita e zeolita. Em testes de
sorção em soluções de óleo de motor e água obteve os melhores resultados de
sorção para as amostras de lã de carneiro.
41
Folleto et al (2009) utilizando salvínia sp. (planta aquática), casca de
amendoim, casca de arroz, cinzas de casca de arroz, sabugo de milho triturado,
borra de café em pó, serragem e carvão ativado em soluções contendo óleo mineral
Nujol e óleo mineral lubrificante 15W/40, verificou que a salvínia sp. foi o material
que apresentou a maior capacidade de absorção de óleo, superando inclusive o
absorvente comercial. Witek-Krowiak et al (2011) também utilizaram casca de
amendoim como sorvente para metais pesados como cromo e cobre em meio
aquoso, obtendo resultados significativos na remoção destes, em ensaios dinâmicos.
Dahlan et al (2011) também realizaram ensaios de sorção com casca de arroz, em
ensaios de cinética de desativação para dióxido de enxofre e óxido de azoto, que
contribuem para a formação de chuvas ácidas e obtiveram bons resultados.
Perotta (2009) avaliou diferentes tipos de recheio em colunas de adsorção
para purificação de águas oleosas. Utilizando espumas de poliuretano rígida
(utilizadas como isolantes de refrigeradores), paina e pêlo de cachorro poodle
branco como material sorvente e soluções de água com tolueno, benzeno, óleo de
girassol e óleo de motor usado, avaliou a capacidade de purificação destes
materiais. O PU por suas caracteristicas físicas apresentou dificuldade na aplicação
como recheio de coluna, enquanto que a paina apresentou melhores resultados nas
soluções com o óleo de motor. Perotta reportou que para óleos mais leves como o
de girassol, o pêlo de Poodle foi mais eficaz.
42
3 MATERIAIS
3.1 FIBRAS
Foram confeccionadas amostras tecidas de paina, pêlo de Poodle Branco,
pêlo de cachorro de raças diversas (material descartado por pet-shop proveniente de
tosa periódica).
Como amostras de controle foram utilizadas: um sorvente comercial à base de
polipropileno em forma de manta (da marca Ecosafe) e turfa nacional (Salvínia) com
revestimento de algodão (marca Supersorb). Turfa é um substrato resultante da
decomposição gradual da biomassa gerada em condições frias e utilizada na
agricultura como solo vegetal (Figura 9). As amostras do tecido de algodão foram
retiradas das barreiras de contenção comercializadas com recheio de turfa.
3.2 FIBRAS VEGETAIS: PAINA
As fibras de paina foram coletadas na cidade de Curitiba, Paraná e utilizadas
sem nenhum tratamento com apenas a retirada manual das sementes.
3.3 FIBRAS ANIMAIS: PÊLO DE CACHORRO
Foram coletadas fibras animais de cães de raças diversas a fim de verificar a
capacidade de sorção, no intuito de viabilizar a utilização e eliminar a dependência
de um tipo específico de pêlo com relação à cor e a raça (Figura 10).
Figura 9 - Turfa nacional
43
Os pêlos de cachorro de raças diversas foram doados semanalmente pela Pet
Shop Alfadog no período de 24/10/2009 até 20/12/2009. Após a coleta,
considerando as raças ocorrentes, foi analisada estatisticamente a proporção em
massa de cada raça para formar amostras com características proporcionais ao
material coletado. Os pêlos de Poodle branco foram coletados de um único cachorro.
3.4 ÓLEOS
O Petróleo foi doado pela PETROBRÁS, Unidade de negócio Refinaria
Getúlio Vargas (REPAR – Araucária – Brasil).
O Óleo Mineral Isolante Usado é proveniente da manutenção do
transformador de tensão, onde este óleo apresentou características de
envelhecimento após sua utilização no equipamento. O óleo mineral isolante usado
foi doado pela Eletrosul - Eletrobrás. Na Figura 11 a imagem dos óleos.
FIGURA 10 – Amostras de pêlo de cachorro de raças diversas
FIGURA 11 – Óleo Mineral Isolante usado (a) e Petróleo (b)
(a) (b)
44
4 MÉTODOS
4.1 COLETA E ESTATÍSTICA DOS PÊLOS DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS
A partir de 48 amostras obtidas de raças diversas totalizando 1119,6g foi
verificada a proporção estatística de cada raça em massa com relação à massa total
obtida e à ocorrência de pelo sujo ou limpo. As raças analisadas foram: Lhasa Apso,
Maltês, Poodle, São Bernardo, Schamauzer, Shitsu e York Shire. Os pêlos foram
transformados em fios, sem qualquer tratamento para respeitar as condições de
coleta. A cor e a forma do pêlo não foram contabilizadas na estatística em função da
dificuldade em determinar a proporção correta, em virtude da ocorrência de várias
características simultaneamente.
4.2 CONFECÇÃO DAS AMOSTRAS PARA OS TESTES DE SORÇÃO
A fiação foi feita manualmente devido aos variados comprimentos das fibras,
sendo estas mais curtas que as fibras comumente usadas nos equipamentos de
fiação convencionais. Fibras curtas podem ser utilizadas na confecção de tecidos
não-tecidos (“non woven”) por processos de fricção, adesão ou coesão, ou ainda a
combinação destes, gerando uma estrutura plana, como uma manta de fibras ou
filamentos (SINDITÊXTIL SP, 2009).
O primeiro passo foi separar e orientar as fibras em pequenas tiras de
aproximadamente 20 cm (Figura 12 e Figura 13), em seguida as tiras foram
amassadas com o auxílio de um plástico para facilitar o processo de torção (Figura
14). As tiras de 20 cm, foram unidas durante o processo de torção e em seguida
enroladas em forma de novelo (Figura 15 e Figura 16). Os fios obtidos neste
processo apresentaram aproximadamente 0,5 g/m de gramatura. Os fios foram
utilizados para formação de pequenos tapetes trançados após os novelos terem sido
armazenados sob tensão por 3 dias pois antes disso não era possível produzir os
tapetes já que os fios não tinham resistência mecânica adequada. Foram formados
tapetes circulares de aproximadamente 1,5 cm de diâmetro.
Foi utilizado o crochê, como técnica para trançar os fios e formar as amostras
em forma de almofadas.
45
Figura 12 – Separação das fibras
FIGURA 13 - Orientação das fibras para formação do fio
FIGURA 14 - Foi utilizado um saco plástico para auxiliar na primeira torção das fibras e assim facilitar o passo seguinte
46
Discos circulares foram recortados do sorvente comercial em forma de manta,
composto de polipropileno e do tecido de algodão que reveste a turfa, e foram feitas
almofadas de algodão com recheio de turfa.
4.3 TESTE DE SORÇÃO SECA EM PETRÓLEO
Teste de sorção seca foi realizado utilizando amostras circulares, com 1,5 cm
de diâmetro, previamente pesadas na balança analítica da marca Bioprecisa. As
amostras em forma de tapete de paina, pêlo de poodle branco, pêlo de cachorro de
raças diversas e manta de polipropileno foram colocadas em béquer previamente
tarado, com 10 mL de Petróleo, com permanência nos tempos de 5, 15, 30 e 60
minutos. Após o tempo imerso em petróleo as amostras foram colocadas em uma
peneira para escoar o óleo não retido. O tempo de permanência das amostras na
peneira foi de 20 minutos.
FIGURA 15 - Enrolado manualmente para facilitar a torção
Figura 16 - Torção e formação do novelo
47
Foram utilizadas para cada um dos tempos amostras em triplicata, para paina
em forma de tapete, tapete de pêlo de Poodle Branco trançado, tapete de pêlo de
cachorro de raças diversas (Pêlo Misturado), Polipropileno em forma de manta,
tecido de algodão e almofada de turfa com revestimento de algodão. O sorvente
comercial inicialmente em forma de manta foi cortado no formato circular com
diâmetro igual a 1,5 cm.
Em seguida as amostras foram pesadas na balança analítica utilizando placas
de vidro devidamente taradas.
4.4 TESTE DE SORÇÃO SECA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE
Os procedimentos foram os mesmos do teste de sorção seca em petróleo,
porém utilizando 10 mL de óleo mineral isolante usado como óleo de sorção.
4.5 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM PETRÓLEO
Tapetes circulares de Paina, pêlo de Poodle Branco, pêlo de cachorro de
raças diversas, manta de polipropileno, tecido de algodão e turfa com revestimento
de algodão, circulares com aproximadamente 4,5 cm de diâmetro foram previamente
pesados em balança analítica Bioprecisa.
As amostras foram lançadas em béquer de 200 mL com 150 mL de água
destilada e 5ml de óleo sob agitação constante durante 5 minutos, em temperatura
ambiente. Foram utilizadas barra magnética oval 10x30 mm e o agitador magnético
Fisaton com velocidade de 700 rpm. A Figura 17 representa o teste com uma
amostra de tapete de pêlo de poodle branco em petróleo.
FIGURA 17 - Béquer com Petróleo ao lado da amostra (a), vórtex gerado pela agitação (b), amostra após a sorção (c) e solução água/óleo após a sorção (d).
48
Após o término do tempo de sorção, as amostras foram retiradas do béquer e
colocadas em uma peneira para escoar o excesso pelo período de 20 minutos. Em
seguida as amostras foram pesadas em balança analítica utilizando placas de vidro
devidamente taradas. Os testes foram realizados em quintuplicata.
A capacidade de sorção total STotal da amostra é determinada conforme a
Equação 1, onde Pinicial é o peso inicial da amostra e o Pfinal é o peso após a sorção.
4.6 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO
Igualmente ao ensaio de sorção dinâmica utilizando petróleo, foram testados
tapetes circulares de Paina, pêlo de Poodle Branco, pêlo de cachorro de raças
diversas, manta de polipropileno, tecido de algodão e turfa com revestimento de
algodão, com aproximadamente 4,5 cm de diâmetro, que foram previamente
pesados em balança analítica. Os testes foram realizados em triplicata com o
mesmo procedimento do teste de sorção dinâmica com Petróleo seguindo a
Equação 2.
4.7 DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA RETIDO PELAS AMOSTRAS
A quantidade de material retido na amostra após a sorção é determinada pela
diferença de peso antes e após o contato com o contaminante a ser testado, porém
é necessário saber se a amostra reteve água para os ensaios de sorção dinâmica e
em sistema hídrico simulado. É possível obter esta informação pelo ensaio de
destilação que determina o teor de água retido na amostra.
A determinação do teor de água, utilizando o processo de destilação por
arraste a vapor, é definida pela norma ASTM D95-83. Consiste na utilização da
manta aquecedora como fonte de calor e da solução tolueno/xileno na proporção de
1:4, como mistura de arraste. A amostra (após ser usada em testes de sorção), é
colocada no balão com a solução tolueno/xileno, sendo conectada ao coletor e ao
PPPP
Sinicial
águainicialfinal
Total
EQUAÇÃO 2 - Sorção total em solução com água
49
condensador (Figura 18). A quantidade de água presente na amostra é arrastada
pelo vapor gerado a partir da mistura de solventes aquecidos e é retida pelo coletor.
A quantidade necessária de amostra a ser destilada deve ser o suficiente para
acumular pelo menos 0,1 mL no coletor e a quantidade de solvente de arraste deve
ser de no mínimo 100 mL. O tempo requerido pela norma é o tempo em que não
ocorre a variação no volume de água coletada dentro do intervalo de 5 minutos.
Para o cálculo de sorção de óleo, foi retirado o peso correspondente ao teor
de água retido na amostra d’água, conforme a Equação 2. A sorção total é descrita
como função da diferença entre o peso final com o peso inicial e o peso retido de
água em relação ao peso inicial, definindo a proporção de gramas de óleo por
gramas de sorvente.
4.8 SISTEMA HÍDRICO SIMULADO
Utilizando uma chapa de aço galvanizado, foi construída uma estrutura para
simular fluxo de corrente cíclica e assim tentar reproduzir a situação de
Balão
FIGURA 18 - Esquema de montagem para a determinação do teor de Água por Destilação ASTM D95-83 (a), Porção de água retida pelo coletor (b) e porção da amostra sendo destilada (c)
Fonte: ANNUNCIADO, 2005
Condensador
Coletor
a)
b)
c)
Balão
50
derramamento de óleo em ambiente aquático com correnteza (Figura 19). Para gerar
a correnteza foram utilizados 2 litros de água destilada e uma bomba peristáltica
Milan com a vazão de 4,95 mL/s.
A água foi contaminada com 20 mL de petróleo e em seguida foi inserida no
sistema hídrico simulado a amostra previamente pesada. Cada amostra permaneceu
durante 30 minutos em temperatura ambiente. Após este período, foram retiradas do
sistema e permaneceram sobre uma peneira para o escoamento do excesso de
fluído para subseqüente pesagem. Os testes foram realizados em triplicata.
4.9 MICROSCOPIA
As imagens obtidas por microscopia, foram analisadas através do software de
processamento de imagem AxioVision, utilizando a escala fornecida
automaticamente pelo equipamento de microscopia em cada imagem, para
calibração das ferramentas digitais. O programa AxioVision é disponibilizado pela
Carl Zeiss Microscopy (ZEISS, 2011).
4.9.1 Óptica
Foi utilizado o microscópio óptico Olympus modelo BX51 (Figura 20), para
analisar as amostras utilizadas nos testes de sorção dinâmica.
Figura 19 - Sistema Hídrico Simulado
51
Utilizando o Microscópio Óptico Zeiss, foram realizadas imagens com das
amostras utilizadas no teste em Sistema Hídrico Simulado, com o intuito de analisar
o arranjo das partículas de óleo e água nas fibras e a afinidade entre as fibras e o
óleo.
4.9.2 Eletrônica de varredura
Foi utilizado o microscópio eletrônico de varredura da marca JEOL, modelo
JSM-6360LV (Figura 21). As amostras foram metalizadas com ouro para serem
utilizadas no microscópio.
FIGURA 20 - Microscópio óptico Olympus modelo BX51
FIGURA 21 - Microscópio Eletrônico de varredura - JEOL
52
4.10 DETERMINAÇÃO DA CURVA DE VISCOSIDADE
Viscosidade é a resistência que o fluído opõe aos deslizamentos internos das
moléculas. É uma propriedade essencialmente mecânica, também chamada de
tenacidade e atrito interno. Utiliza-se o sistema Engler cujos resultados são
indicados em graus Engler (Eº) ou Centipoise (cP) (REMY et al, 2002).
Utilizando o Rheo-viscosímetro Prufgerate-Werk Medingen (Figura 22), do
Laboratório de Emulsões, Departamento de Engenharia Química/UFPR, foi realizado
testes de viscosidade para o petróleo, com carga de 10g / cm² no suporte 0,1 nas
temperaturas 22, 36, 40, 45 e 52,2 °C em triplicata.
Para o óleo mineral isolante foi utilizado o mesmo suporte 0,1 com carga de
10 g/ cm² e 3,025 g/cm² nas temperaturas de 22, 39, 43 e 51,5°C em triplicata.
A viscosidade é definida pela Equação 3:
Equação 3 - Viscosidade
Considerando,
: como a viscosidade em Centipoise (cP)
P : sendo a carga aplicada
t : a temperatura
k : a constante do equipamento, conforme suporte utilizado
ktP ..
Figura 22 - Rheo-viscosímetro
53
Os resultados da viscosidade foram descritos em função da temperatura,
sendo obtidas as curvas da viscosidade de cada óleo.
4.11 ENSAIO EM COLUNA DE VIDRO
As fibras na forma livre, de paina, pêlo de poodle branco, pêlo de cachorro de
raças diversas e turfa (como amostra de controle), foram utilizadas como recheio de
coluna de vidro para avaliação da capacidade de limpeza de águas oleosas em leito
fixo (Figura 23).
A limpeza de águas oleosas utilizando a coluna de leito fixo, visa verificar a
capacidade do material como sorvente, analisando sua capacidade como agente de
separação física, ou seja, separar o óleo da água. Neste ensaio, as moléculas da
fase fluida são retidas na superfície do adsorvente (paina, pêlo de poodle, pêlo de
cachorro de raças diversas e turfa), por forças de Van der Waals, formando uma
camada de moléculas.
As amostras coletadas na corrente de saída da coluna, foram analisadas por
cromatografia (2.6.1) para a mistura água destilada/petróleo, determinando a
concentração, em ppm, de BTEX em água (HELENO et al, 2010).
Para facilitar o empacotamento do recheio da coluna foi utilizado pérolas de
vidro (esferas de vidro com 0,3 cm de diâmetro).
a) b) c) d)
FIGURA 23 - Colunas de purificação: paina (a), pêlo de poodle branco (b), pêlo de cachorro de raças diversas (c) e turfa (d)
54
A mistura petróleo com água destilada, na proporção 1:7, foi agitada por 5
minutos para em seguida colocado em uma bureta graduada sobre a coluna, para
ser iniciada a passagem da solução pelo recheio da coluna. Amostras de corrente de
saída foram coletadas em triplicata em 8 tempos.
55
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 COLETA E ESTATÍSTICA DOS PÊLOS DE CACHORRO DE RAÇAS DIVERSAS
Dos 1119,6g de pêlo somente 77,8g foram lavados antes da tosa. O que
determina a lavagem antes da tosa é o tamanho do cachorro, para cães grandes a
tosa é realizada com o pêlo sujo. Foi analisada a relação da massa de cada raça em
relação à massa total coletada (Tabela 1). Não foi analisada a estatística de cores
pela dificuldade em determinar a proporção correta, visto que a maioria dos cães
não possuía uma cor definida. O pêlo de Poodle branco coletado não foi lavado e a
gordura natural do pêlo cria uma capa hidrofóbica que possui afinidade pelo óleo.
5.2 CONFECÇÃO DAS AMOSTRAS PARA OS TESTES DE SORÇÃO
Na Figura 24, temos os exemplos de amostras utilizadas nos testes de sorção
seca e sorção dinâmica para petróleo e para óleo mineral isolante. Foram utilizados
também só o revestimento de algodão em forma de disco circular (Figura 24e) e o
revestimento de algodão com a turfa em forma de almofada.
Raça Massa (g) %
Lhasa Apso 467,7 42
Maltês 78,4 7
Poodle 205,4 18
São Bernardo 21,2 2
Schamauzer 152,6 14
Shitzu 36,6 3
York Shire 157,7 14
TABELA 1 - Porcentagem de ocorrência das raças em relação á massa total coletada.
FIGURA 24 - Amostras de pêlo de cachorro de raças diversas (a), pêlo de poodle branco (b), paina (c), polipropileno em forma de manta (d) e revestimento de algodão (e) da turfa (f).
56
Para os ensaios em sistema hídrico simulado foram confeccionadas mini-
barreiras de contenção (Figura 25), nas dimensões 5 cm X 2 cm X 2 cm. Para paina,
pêlo de poodle branco e pêlo misturado foi confeccionando uma estrutura com
revestimento externo a base da própria fibra em forma de fio e em seu interior com a
fibra na forma livre. Para a amostra de controle, foi confeccionado com as mesmas
dimensões, sendo o revestimento externo de tecido de algodão e recheio de turfa
(Figura 25).
5.3 TESTE DE SORÇÃO SECA EM PETRÓLEO
Para os testes de sorção seca, sem a presença de água, utilizando petróleo e
amostras tecidas com fios de paina (Tabela 2), pêlo de poodle branco (
Tabela 3), pêlo de cachorro de raças diversas (Tabela 4) e manta de
polipropileno (Tabela 5) foram obtidos os seguintes resultados:
a) b)
d) c)
FIGURA 25 - Mini-barreiras de contenção: Paina (a), pêlo de Poodle branco (b), pêlo misturado (c) e turfa com revestimento de algodão (d)
57
TABELA 2 - Capacidade de sorção em petróleo de tapetes formados com fios de Paina
Tempo Nº S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
7 0,03 0,38 9,96
10,49 8 0,05 0,64 12,66
9 0,16 1,61 8,85
15 min
17 0,31 2,52 7,15
8,22 18 0,1 0,9 8,36
19 0,18 1,82 9,15
30 min
27 0,04 0,48 11,17
9,3 8 0,18 1,65 7,98
29 0,18 1,76 8,75
60 min
37 0,04 0,52 12,05
8,99 38 0,34 2,58 6,51
39 0,21 1,96 8,4
TABELA 3 - Capacidade de sorção em petróleo de tapetes formados com fios de pêlos de Poodle branco
Tempo Nº S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
4 0,12 0,98 7,45
7,78 5 0,11 1,02 7,99
6 0,09 0,84 7,9
15 min
14 0,22 1,46 5,59
6,68 15 0,12 1,03 7,7
16 0,11 0,87 6,76
30 min
24 0,08 0,79 8,87
9,39 25 0,08 0,98 11,29
26 0,12 1,08 8,02
60 min
34 0,11 0,89 6,93
6,72 35 0,12 1,01 7,55
36 0,14 0,94 5,68
TABELA 4 Capacidade de sorção em petróleo de tapetes formados com fios de pêlos de cachorro de raças diversas
Tempo Nº S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
1 0,11 0,74 5,5
5,66 2 0,16 1,09 5,96
3 0,11 0,73 5,53
15 min
11 0,16 1,02 5,27
5,26 12 0,17 1 4,99
13 0,13 0,82 5,52
30 min
21 0,13 0,73 4,57
4,63 22 0,14 0,97 5,95
23 0,25 1,09 3,38
60 min
31 0,14 0,75 4,47
4,76 32 0,13 0,98 6,32
33 0,36 1,59 3,48
58
TABELA 5 - Capacidade de sorção em petróleo amostras de sorvente comercial em forma de manta
Tempo S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
0,17 1,48 7,72
7,74 0,13 1,14 7,76
0,11 0,99 7,74
15 min
0,14 1,13 7,1
7,12 0,12 0,98 7,12
0,11 0,90 7,14
30 min
0,15 1,23 7,05
7,02 0,13 1,05 7,11
0,16 1,26 6,9
60 min
0,12 1,00 7,33
7,45 0,15 1,29 7,57
0,11 0,97 7,45
Foram relacionados os resultados a capacidade média de sorção das
amostras com o tempo, conforme descrito na Figura 26:
A sorção média, entre todos os tempos foi de 5,07 g de petróleo por grama de
fibras de cachorro de raças diversas (pêlo Misturado), 7,6 g de petróleo por grama
de pêlo de poodle branco, 9,2 g de petróleo por grama de paina e 7,3 g de petróleo
por grama de manta de polipropileno (BARA et al, 2010). Os resultados da
capacidade de sorção da manta de polipropileno conferem com os valores do
Sorção Seca em Petróleo
0
2
4
6
8
10
12
5 15 30 60
minutos
g ó
leo
/g s
orv
en
te
ee
Pêlo Misturado
Poodle Branco
Paina
Manta de Polipropileno
FIGURA 26 - Gráfico: Capacidade média de sorção seca de Petróleo com o tempo
59
fornecedor, cujo intervalo de capacidade de adsorção de óleo está descrito entre 7 a
12 vezes o seu peso (ECOSAFE, 2010).
5.4 TESTE DE SORÇÃO SECA EM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO
Nas tabelas a seguir estão os resultados da sorção seca em óleo mineral
isolante, sem a presença de água, para as amostras em forma de tapete de Paina
(Tabela 6) de pêlo de Poodle Branco (Tabela 7), pêlo de cachorro de raças diversas
(pêlo misturado - Tabela 8) e manta de polipropileno (Tabela 9).
TABELA 6 - Capacidade de sorção de amostras de tapetes de Paina em óleo mineral isolante
Tempo Nº S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
47 0,02 0,36 16,84
12,67 48 0,03 0,34 12,15
49 0,17 1,72 9,02
15 min
57 0,03 0,33 9,28
7,89 58 0,15 1,42 8,28
59 0,31 2,21 6,11
30 min
67 0,03 0,36 10,67
9,5 68 0,27 2,53 8,3
69 0,22 2,27 9,54
60 min
77 0,03 0,45 12,46
11,02 78 0,19 2,26 11,06
79 0,16 1,7 9,54
TABELA 7 - Capacidade de sorção de amostras de tapetes de pêlos de Poodle branco em óleo mineral isolante
Tempo Nº S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
44 0,36 1,97 4,47
4,12 45 0,33 1,81 4,43
46 0,38 1,7 3,46
15 min
54 0,27 1,55 4,68
4,29 55 0,23 1,25 4,52
56 0,39 1,84 3,68
30 min
64 0,28 1,44 4,23
4,27 65 0,32 1,44 3,44
66 0,22 1,36 5,14
60 min
74 0,07 0,6 8,09
5,29 75 0,48 2,31 3,8
76 0,38 1,92 3,99
60
TABELA 8 - Capacidade de sorção de amostras de tapetes de pêlos de cachorro de raças diversas em óleo mineral isolante
Tempo Nº S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
41 0,09 0,6 5,76
5,09 42 0,1 0,59 4,68
43 0,1 0,61 4,83
15 min
51 0,07 0,46 5,9
5,07 52 0,08 0,45 4,37
53 0,08 0,45 4,92
30 min
61 0,1 0,62 5,43
5,07 62 0,15 0,93 5,02
63 0,11 0,61 4,76
60 min
71 0,09 0,58 5,28
4,95 72 0,13 0,82 5,35
73 0,19 0,99 4,22
TABELA 9 - Capacidade de sorção de amostras de sorvente comercial em forma de manta em óleo mineral isolante
Tempo S0 St S = (St-S0)/S0 Média
g óleo/g sorvente
5 min
0,13 0,96 6,4
6,46 0,11 0,83 6,52
0,08 0,61 6,46
15 min
0,09 0,57 5,31
5,22 0,12 0,69 5,22
0,11 0,67 5,13
30 min
0,1 0,70 5,91
5,91 0,09 0,63 5,98
0,13 0,89 5,84
60 min
0,11 0,84 6,63
6,59 0,14 1,06 6,55
0,09 0,66 6,59
Relacionando a capacidade de sorção média em gramas de óleo por gramas
de sorvente em função do tempo, foi possível construir o gráfico representado na
Figura 27 .
61
FIGURA 27 - Gráfico: Capacidade média de sorção de óleo mineral isolante com o tempo
A sorção média, entre todos os tempos foi de 5,04 g de OMI por grama de
fibras de cachorro de raças diversas (pêlo Misturado), 4,49 g de OMI por grama de
pêlo de poodle branco, 10,2 g de OMI por grama de paina e 6,04 g de OMI por
grama de manta de polipropileno (BARA et al, 2010). Os resultados da capacidade
de sorção da manta de polipropileno com óleo mineral isolante usado, ficaram
abaixo do intervalo descrito pelo fornecedor, cujo intervalo de capacidade de
adsorção de óleo está entre 7 a 12 vezes o seu peso (ECOSAFE, 2010).
5.5 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM PETRÓLEO
Para que a posição da amostra em relação ao meio óleo/água não interfira
nos resultados, visto que o óleo permanece na parte superior da mistura, em função
da sua densidade, foi utilizada a velocidade média de rotação (na posição 5), para
criação do vórtex. Em ensaios com velocidade inferior, as amostras permaneceram
flutuando sobre a mistura, diminuindo o contato com o óleo resultando em erro na
capacidade de sorção, com valores muito pequenos. Visualmente, as amostras
confeccionadas com paina e as provenientes de pêlo de poodle branco,
imediatamente retiradas do béquer não necessitavam de escoamento do excesso de
óleo nem água (Figura 28), indicando uma maior capacidade de limpeza, em função
da disposição final das amostras e seus respectivos conteúdos líquidos. Um
Sorção Seca em Óleo Mineral Isolante
0
2
4
6
8
10
12
14
5 15 30 60
minutos
g ó
leo
/g s
orv
en
te e
e
Pêlo Misturado
Poodle Branco
Paina
Manta de Polipropileno
62
comportamento contrário foi verificado na amostra de pêlo misturado (conforme
Figura 28c).
O comportamento dos diferentes materiais sorventes percebido visualmente
foi comprovado durante a coleta dos resultados com o cálculo de sorção total
(Equação 2). A Tabela 10 mostra a média dos valores obtidos para os diferentes
materiais e o desvio padrão.
TABELA 10 - Média dos valores de sorção para ensaio dinâmico com petróleo.
Amostra Média [g óleo/ g sorvente] Desvio Padrão
Pêlo misturado 3,0446 0,2568
Poodle branco 3,2192 0,2652
Paina 6,1673 0,4776
Manta de Polipropileno 6,0808 1,6950
Tecido de Algodão 1,8964 0,3476
Turfa + Algodão 2,8968 0,5784
A paina superou todas as outras amostras na capacidade de sorção de
petróleo, com média de 6,1673 gramas de petróleo por gramas de paina. Foi o único
material alternativo que superou os resultados da manta de polipropileno.
As amostras de pêlo de poodle branco e pêlo de cachorro misturado
superaram as amostras de turfa com revestimento de algodão.
A capacidade de cada amostra em sorção/retenção de petróleo é descrita em
gramas de óleo por gramas de sorvente, segundo a Equação 2.
Utilizando a média dos valores de sorção/retenção do petróleo e o
correspondente desvio padrão foi elaborado um gráfico de dispersão (Figura 29).
(a) (b) (c)
FIGURA 28 - Amostras após a sorção dinâmica do petróleo: paina (a), pêlo de poodle branco (b) e pêlo de cachorro de raças diversas(c).
63
As amostras provenientes da manta de polipropileno foram desagregadas
(desintegrou) durante o processo de destilação (4.7 DETERMINAÇÃO DO TEOR DE
ÁGUA RETIDO PELAS AMOSTRAS), o que dificultou o procedimento, sendo um
dos fatores que influenciaram o desvio padrão elevado nos resultados de sorção
(Figura 29). Em função disso, foram adicionadas novas amostras de controle: tecido
de algodão e turfa com revestimento de algodão.
Os resultados de todas as amostras utilizadas neste ensaio estão descritos
nos apêndices ( APÊNDICE 1 – TABELA 17).
5.6 TESTE DE SORÇÃO DINÂMICA COM ÓLEO MINERAL ISOLANTE USADO
No teste com Petróleo foi criado o vórtex propositadamente, com o aumento
da velocidade de agitação que proporcionou um maior contato da amostra com a
água oleosa, permitindo uma maior sorção de óleo pela amostra.
Conforme a Equação 2 associando aos resultados do item 5.7 (TEOR DE
ÁGUA RETIDO NAS AMOSTRAS), foi possível verificar a capacidade média de
sorção/retenção de óleo e calcular o desvio padrão (Tabela 11) para sorção de Óleo
Mineral Isolante.
Sorção Dinâmica com Petróleo
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Amostras
g ó
leo
/ g
so
rven
te
ee
Pêlo de cachorro de raças diversas
Poodle branco
Paina
Manta de Polipropileno
Algodão
Turfa com revestimento de Algodão
FIGURA 29 - Sorção total das amostras considerando o desvio padrão.
64
TABELA 11 - Sorção dinâmica em Óleo Mineral Isolante usado
Amostra Média [g óleo/g sorvente] Desvio Padrão
Pêlo de cachorro de raças diversas 4,2430 1,4399
Poodle Branco 5,0901 0,4200
Paina 8,1945 2,2634
Manta de Polipropileno 6,0557 1,9513
Tecido de Algodão 1,8848 0,1491
Turfa com revestimento de algodão 4,0171 0,2535
O algodão apresentou capacidade de sorção em óleo mineral isolante inferior
à capacidade de sorção em petróleo, ao contrário das outras amostras.
A paina superou todas as amostras na capacidade de sorção/retenção de
óleo, apresentando capacidade de sorção média de 8,1945 gramas de óleo mineral
isolante por grama de paina. Este resultado superou inclusive, o resultado obtido
para ensaios com petróleo (TABELA 10).
A capacidade de sorção média das amostras de pêlo de poodle branco em
óleo mineral isolante foi superior ao da turfa com revestimento de algodão e as
amostras de pêlo de cachorro de raças diversas, obtendo valores muito próximos
dos obtidos pela manta de polipropileno, com diferença de 0,9656g (inferior ao
desvio padrão da manta de polipropileno).
As amostras de pêlo de cachorro de raças diversas apresentaram resultados
superiores ao da turfa com revestimento de algodão, com capacidade média de
sorção de 4,2430 gramas de óleo mineral isolante por gramas de pêlo de cachorro
de raças diversas. Um dos fatores que pode ter influenciado o elevado desvio
padrão das amostras de pêlo de cachorro de raças diversas (pêlo misturado), é a
heterogeneidade das fibras.
Estes resultados estão representados no gráfico de dispersão a seguir (Figura
30) :
65
Neste caso, além das amostras provenientes da manta de polipropileno, as
amostras de paina e pêlo de cachorro de raças diversas apresentaram elevado
desvio padrão (comparado aos resultados das outras amostras). Verificando a
imagem das amostras antes do ensaio é possível verificar uma elevada espessura
do fio (Figura 31),
As amostras nº 150 e nº 154 são de pêlo de cachorro de raças diversas, onde
a amostra nº 154 foi obtida de fio com maior gramatura. As amostras nº 160 e nº 156
são de paina, sendo a amostra nº 156, a de maior gramatura.
Estes resultados sugerem que a capacidade de sorção/retenção de óleo pelas
fibras em forma de tapete, é diretamente proporcional a gramatura do fio. Neste
caso, as amostras provenientes de fios com maior gramatura (gramas por metro)
obtiveram resultados inferiores e o desvio padrão foi maior.
Sorção dinâmica em Óleo Mineral Isolante usado
0
2
4
6
8
10
12
Amostras
g ó
leo
/g s
orv
en
te
ee Pêlo de cachorro de raças diversas
Poodle Branco
Paina
Manta de Polipropileno
Agodão
Turfa com revestimento de algodão
FIGURA 30 - Gráfico: Sorção dinâmica em Óleo Mineral Isolante usado
a) nº 150 b) nº 154 c) nº 160 d) nº 156
FIGURA 31 - Amostras nº: 150 (a), 154 (b), 160 (c) e 156 (d)
66
Os resultados de todas as amostras estão descritos nos Apêndices (Tabela
18).
5.7 TEOR DE ÁGUA RETIDO NAS AMOSTRAS
O teor de água retido em cada amostra define a quantidade de óleo sorvido
pelas fibras. Estes dados estão diretamente associados à hidrofobicidade de cada
material.
Devido à estrutura física da turfa, é necessária a utilização de um material
para revestimento, assim os resultados descritos para a turfa foram obtidos pela
diferença dos resultados do algodão e da turfa com revestimento de algodão.
Após o processo de destilação, os resultados correspondentes aos testes de
sorção dinâmica em Petróleo, referente ao teor de água retido no coletor durante o
processo de destilação, estão descritos na TABELA 12:
TABELA 12 - Teor de água retido nas amostras durante o teste de sorção dinâmica utilizando Petróleo
Amostra Média [g] Desvio Padrão
% água no total de sorção
Pêlo Misturado 0,4625 0,2926 13,19
Poodle Branco 0,3375 0,1887 9,49
Paina 0,1700 0,1249 2,68
Manta de Polipropileno 0,0667 0,0577 1,09
Tecido de Algodão 0,0250 0,0500 1,30
Turfa + Algodão 0,0666 0,0577 2,25
As amostras constituídas por fibras de pêlos de cachorro de raças diversas
(pêlo misturado), apresentaram maior porcentagem de água em relação ao total de
material sorvido, 13,19%. O algodão apresentou os menores valores de retenção de
água porém, na relação com o total de material sorvido, a manta de polipropileno
apresentou o menor teor, 1,09% de água do total de material retido na amostra,
após o ensaio de sorção. Este resultado é o esperado uma vez que o polipropileno é
um material apolar enquanto as fibras naturais, dependendo do teor de ceras e de
celulose, podem apresentar um comportamento hidrofílico ou hidrofóbico.
Na Tabela 13, constam os resultados do teor de água, proporção em relação
ao total de material retido na amostra relacionando com a sorção de óleo e a sorção
total (água com óleo), conforme Tabela 10.
67
TABELA 13 - Comparativo dos resultados de sorção total e teor de água retido pelas amostras após ensaios com petróleo
Amostra Sorção total [g/g
sorvente] Sorção óleo [g
óleo/g sorvente] Sorção água [g]
% água no total de sorção
Pêlo Misturado 3,5071 3,0446 0,4625 13,19
Poodle Branco 3,5567 3,2192 0,3375 9,49
Paina 6,3373 6,1673 0,1700 2,68
Manta de Polipropileno 6,1224 6,0557 0,0667 1,09
Algodão 1,9214 1,8964 0,0250 1,30
Turfa + algodão 2,9634 2,8968 0,0666 2,25
Turfa 1,0420 1,0004 0,0416 3,99
A manta de polipropileno teve o menor índice de água retida, 1,09%, porém a
paina apresentou os melhores resultados de retenção de óleo, 6,16 gramas de
petróleo por gramas de paina.
Os tapetes formados por pêlo de cachorro de raças diversas, apresentaram
13,19% de água do total de material sorvido, compreendendo o maior índice de
água nos ensaios dinâmicos com petróleo, mesmo assim apresentou capacidade de
sorção/retenção de óleo superior ao algodão, a turfa e a turfa com revestimento de
algodão. Considerando que a turfa com revestimento de algodão é um material
atualmente difundido para utilização comercial como sorvente de óleo, os tapetes
formado por pêlo de cachorro de raças diversas, obteve um desempenho superior a
este material comercialmente utilizado.
As amostras de pêlo de cachorro poodle, na cor branca, apresentaram
resultados inferiores somente em relação à paina e à manta de polipropileno,
superando os outros materiais.
Os resultados dos ensaios de sorção dinâmica em óleo mineral isolante
usado estão apresentados na Tabela 14.
TABELA 14 - Teor de água presente nas amostras após o teste de sorção dinâmica em óleo mineral isolante usado
Amostra Média [g] Desvio Padrão % água no total de sorção
Pêlo Misturado 0,2333 0,2082 5,21
Poodle Branco 0,0667 0,1155 1,29
Paina 0,0000 0,0000 0,00
Manta de Polipropileno 0,0333 0,0577 0,55
Algodão 0,0000 0,0000 0,00
Turfa + Algodão 0,0333 0,0577 0,82
68
As amostram que mais se destacaram foram as de paina e algodão, que não
apresentaram teor de água retido após ensaio, contudo a paina apresenta a maior
capacidade de sorção de óleo, 8,1945 gramas de OMI por grama de paina (Tabela
11 e Tabela 15) contra 1,8848 gramas de OMI por grama de algodão.
Todas as amostras apresentaram resultados de teor de água, inferiores aos
encontrados nos testes de sorção dinâmica com petróleo.
Na Tabela 15 estão apresentados os resultados dos testes de sorção
dinâmica com óleo mineral isolante e os respectivos teores de água.
Tabela 15 - Comparativo dos resultados de sorção total e teor de água retido pelas amostras após os ensaios com óleo mineral isolante
Amostra Sorção total [g/g
sorvente] Sorção óleo [g
óleo/g sorvente] Sorção água [g]
% água no total de sorção
Pêlo Misturado 4,4763 4,2430 0,2333 5,21
Poodle Branco 5,1567 5,0901 0,0667 1,29
Paina 8,1945 8,1945 0,0000 0,00
Manta de Polipropileno 6,0890 6,0557 0,0333 0,55
Algodão 1,8848 1,8848 0,0000 0,00
Turfa + algodão 4,0504 4,0171 0,0333 0,82
Turfa 2,1323 2,1323 0,0000 0,00
As amostras de pêlo de cachorro misturado, assim como no ensaio dinâmico
em petróleo, apresentaram o maior índice de teor de água, 5,21% em relação ao
total de material sorvido nos ensaios dinâmicos com óleo mineral isolante bem como
superou a capacidade de sorção/retenção de óleo das amostras de algodão, turfa
com revestimento de algodão e a somente turfa.
5.8 SISTEMA HÍDRICO SIMULADO
Conforme a Figura 32 todas as amostras, em forma de tapete, flutuaram na
solução água destilada com petróleo e seguiram a correnteza.
Porém, como as amostras permaneceram flutuando na água durante todo o
teste, e o filme de óleo ficou na parte inferior da amostra e em sua volta, houve
restrição do contato dos tapetes com a água, resultando assim em uma diferença
mínima no peso da amostra antes e depois do ensaio.
Foram testados tempos superiores a 30min (1h e 2h), mas ainda assim não
houve diferença no peso maior que 0,0099g.
69
Em função disso, nenhuma das amostras apresentou teor de água igual ou
superior a 0,1 mL nos testes para verificação do teor de água, valor mínimo possível
de ser verificado no coletor durante a destilação. Além disso, somente a parte
inferior das amostras entrou em contato com o petróleo, o que gerou valores
pequenos de sorção de óleo resultantes da diferença do peso inicial com o peso
após a sorção e desvio padrão elevado. Assim, os testes preliminares mostraram
que as mantas tecidas devem ser forçadas a entrar em contato com a água para que
de fato sorvam o óleo em sua plena capacidade de sorção. Em função disso, foram
confeccionadas as amostras em forma de mini-barreira de contenção (Figura 25).
As mini-barreiras de contenção foram fixadas em suas extremidades no
suporte do sistema hídrico, porém o filme de óleo ficou estagnado mesmo com a
circulação de água por baixo, o que também não gerou sorção de óleo pelas
amostras em volume considerável.
(a) (b)
(c) (d)
FIGURA 32 - Amostras durante o teste no Sistema Hídrico Simulado: paina (a), pêlo de cachorro de raças diversas (b), polipropileno em forma de manta (c) e pêlo de poodle branco (d).
70
5.9 MICROSCOPIA
5.9.1 Óptica
As imagens das amostras em forma de tapete, utilizadas nos testes de sorção
dinâmica de petróleo estão representadas na Figura 33:
Observa-se na Figura 33, a forma com que o óleo reveste as fibras de cada
amostra. A forma do óleo no recobrimento das fibras mostra a afinidade do óleo com
as amostras. Quanto mais espalhado (linear) o óleo sobre a fibra, menor a tensão
superficial e maior a compatibilidade do óleo e da fibra, o que ocorre com as fibras
de paina e as fibras da manta de polipropileno, amostras que apresentaram os
melhores resultados de sorção/retenção de óleo.
O recobrimento em forma esférica reflete uma maior tensão superficial e a
menor compatibilidade, o que está evidenciado na imagem da fibra de tapete de pêlo
de cachorro de raças diversas, que dentre as fibras analisadas pela microscopia
óptica, obteve os menores resultados na capacidade de sorção de óleo.
Em função das características morfológicas da turfa, não foi possível obter
imagens do recobrimento do óleo. Para este equipamento em específico, a limitação
da cor influenciou em resultados imprecisos para as amostras de óleo mineral
isolante. Porém, relacionando com os resultados de sorção, acredita-se que a forma
como o óleo mineral isolante envolveu as fibras seja semelhante à forma como o
petróleo revestiu, pois esta afinidade com a fibra está associada às relações de
ponte de hidrogênio, ou seja, a afinidade entre um composto polar com um apolar
(ATKINS, 2006). As imagens obtidas no microscópio óptico Zeiss, com ampliação de
100x para as amostras em forma de mini-barreiras de contenção, utilizadas nos
testes em sistema hídrico simulado, estão descritas na Figura 34:
(a) (b) (c) (d)
FIGURA 33 - Ampliação 500x: paina (a), pêlo de poodle branco (b), pêlo de cachorro de raças diversas (c) e polipropileno em forma de manta (d)
71
A amostra de pêlo misturado, possui fibras de cores diversas e foi possível
verificar pela análise das imagens de microscopia eletrônica que o diâmetro das
fibras também é variado (Figura 34a) diferente das fibras de pêlo de poodle branco
(Figura 34 b). Pelo processo de fiação das amostras de tapete de pêlo de cachorro
de raças diversas, poodle branco e paina, as fibras aparecem orientadas. Mesmo
utilizando somente o revestimento da barreira de contenção há a presença de turfa
entre as fibras (Figura 34d). A baixa sorção das amostras no teste em sistema
hídrico simulado dificultou a geração das imagens com a presença do óleo.
O petróleo recobriu a fibra de poodle branco, formando aproximadamente
uma elipse (Figura 35), como observado nas imagens de microscopia óptica
realizadas com o equipamento Olympus para as amostras em forma de tapete
utilizadas no testes de sorção dinâmica. O óleo revestiu a fibra de pêlo de cachorro
de raças diversas, na forma de uma elipse mais evidenciada (Figura 36 a), enquanto
que na paina está revestindo a fibra de forma linear, o que exemplifica os melhores
resultados de capacidade de sorção de petróleo (Figura 36 b).
FIGURA 34 – Ampliação 100X: amostra de tapete de pêlo de raças diversas (a), poodle branco (b), paina (c) e algodão (d).
FIGURA 35 – Mini-barreira: poodle branco com petróleo, ampliação 200X
72
Não foi possível utilizar nenhuma imagem com a presença de óleo mineral
isolante pela dificuldade na visualização. A coloração escura do petróleo facilitou a
identificação das imagens no microscópio óptico, ao contrário das amostras com
óleo mineral isolante, que é muito claro.
5.9.2 ELETRÔNICA DE VARREDURA
Foram analisadas amostras de fio de paina, poodle branco e de pêlo de
cachorro de raças diversas, sem a presença de óleo ou água. Em função das
características do equipamento que utiliza vácuo e feixe de elétrons não foi possível
realizar as imagens de amostras com a presença de óleo ou água.
Os pelos são formados por queratina, uma proteína fibrosa que possui
características de elasticidade e impermeabilidade à água (AMABIS e MARTHO,
1994), o que contribui para sua hidrofobicidade. Porém os pêlos de raças diversas
são provenientes do descarte de tosa periódica de Pet shop, onde o fator lavagem
do pêlo antes da tosa depende do tamanho do cachorro, pois cachorros de porte
maior são tosados antes do banho. Há dificuldade em determinar a proporção de
pêlo com resíduo de surfactante proveniente de lavagem, fator determinante na
capacidade de sorção pois os pêlos lavados não possuem a gordura natural do
animal que tem mais afinidade pelo óleo do que pela água.
a) b)
FIGURA 36 - Mini-barreira com petróleo, ampliação em 200X: pêlo de cachorro de raças diversas (a) e paina (b)
73
Os pêlos de raças diversas apresentam diâmetros da fibra diferentes,
quantidade e forma de escamas diferentes, isso se deve à heterogeneidade das
fibras.
Seria de se esperar que o algodão, material com alto teor de celulose,
absorvesse mais água do que a paina, porém considerando os estudos de
Annunciado (2005), a paina é constituída de 54,1% de -Celulose, 27,5% de
hemicelulose, 15,1% de lignina, 3,2% de extrativos, 0,62% de cinzas e 9,2% de
umidade.
A paina apresenta 1,5% em teor de ceras que corresponde a 2,5 vezes mais
cera se comparado ao teor de cera do algodão.
A -Celulose e a lignina se caracterizam pela resistência a agentes oxidantes
e susceptibilidade à hidrólise alcalina.
a) b)
FIGURA 37 - MEV ampliação 650X: pêlo de cachorro de raças diversas (a) e pêlo de poodle branco (b)
Figura 38 - MEV ampliação 650X: paina
74
Em relação á característica de presença de estruturas tipo “escamas”, na
ampliação de 650X, a paina não apresenta escamas (Figura 38), o pêlo de poodle
branco fica num valor intermediário enquanto que o pêlo de cachorro de raças
diversas apresenta a maior quantidade de escamas (Figura 37). Esta é a mesma
ordem na escala de capacidade de sorção/retenção de óleo, o que sugere que há
uma associação entre a presença e número de escamas com a diminuição na
capacidade de sorção de óleo. Uma hipótese razoável para explicar este
comportamento é que a superfície lisa da paina favorece a sorção de óleo, enquanto
superfícies com presença de estruturas do tipo escamas dificultam a sorção devido
a um empedimento mecânico. Além disto, os pêlos têm uma composição à base de
queratina enquanto a fibra vegetal é um material ligno-celulósico. Finalmente, pode
também ser sugerido que pelo fato da paina consistir de filamentos muito finos, um
filme de óleo pode ser formado entre as fibras, aumentando a capacidade de sorção
deste material (ANNUNCIADO, 2005). A Figura 39 mostra a ampliação em 4000X
das fibras de paina e de poodle branco, respectivamente:
Com o auxílio do programa AxioVision, foram analisadas as imagens com
ampliação de 650X, por amostragem foi possível determinar o diâmetro médio das
fibras e a distância entre as escamas, conforme apresentado na Tabela 16:
a) b)
FIGURA 39 - MEV ampliação 4000X: paina (a) e poodle branco (b)
75
TABELA 16 - Análise das imagens de MEV utilizando o AxioVision
Diâmetro médio [μm] Distância média entre as escamas [μm]
Paina 21,525 -----------
Poodle 28,22 9,904
Pêlo Misturado 30,178 7,968
O diâmetro da paina é menor do que das outras fibras, logo em um mesmo
volume, haverá mais fibras de paina do que das outras fibras, o que aumenta a área
de contato.
Maior distância entre as escamas implica em menor número de escamas em
uma mesma área, logo as fibras de pêlo de poodle branco possuem no geral menos
escamas do que as fibras de pêlos de cachorro de outras raças. Não é possível
afirmar que essa diferença especificamente ocorre também com pêlos de poodle de
outras cores, nem em relação a determinadas raças, pois não foi o foco deste
estudo, que prioriza a avaliação do desempenho de fibras descartadas de Pet Shop
como material sorvente. Mesmo assim, é possível determinar que quanto maior a
ocorrência de escamas, menor a capacidade de sorção, não necessariamente este é
o fator determinante, visto que há outras relações envolvidas que caracterizam a
afinidade do material com o óleo, como a viscosidade do óleo.
Na Figura 40, a imagem de fibras de pêlo de cachorro de raças diversas na
ampliação de 650X, com as medidas de diâmetro obtidas pelo programa.
FIGURA 40 - AxioVision: Diâmetro das fibra de cachorro de raças diversas
76
5.10 DETERMINAÇÃO DA CURVA DE VISCOSIDADE
Utilizando a Equação 3, foram obtidos os valores que estão descritos nos
gráficos abaixo (Figura 42 e Figura 42):
O petróleo é mais viscoso que o óleo mineral isolante usado, mesmo em
temperaturas elevadas, visto que a 50º C o petróleo apresenta uma viscosidade
média próxima de 20 [cP] enquanto que o óleo mineral isolante apresenta
viscosidade média de 6,2 [cP]. É importante a determinação da viscosidade do óleo
pois, diferentes materiais sorventes atuam de forma distinta em óleos viscosos ou
menos viscosos. Por exemplo, a paina, tem capacidade de sorção alta em óleos
Viscosidade do Petróleo
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
Temperatura [ºC]
Vis
co
sid
ad
e [
cP
] e
e
Viscosidade do Óleo Mineral Isolante
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 10 20 30 40 50 60
Temperatura [ºC]
Vis
co
sid
ad
e [
cP
]
ee
FIGURA 41 - Gráfico: Viscosidade do Petróleo
FIGURA 42 - Gráfico: Viscosidade do Óleo Mineral Isolante usado
77
viscosos enquanto que a salvínia, tem capacidade de sorção maior em óleos pouco
viscosos em função da área de adsorção e facilidade de penetração. O mecanismo
de sorção pode variar de acordo com o material sorvente. A paina tende a formar um
fino filme de óleo (conforme Figura 43) e à medida que o óleo fica menos viscoso,
esse filme se torna mais difícil de ser formado e assim a capacidade de sorção cai.
O óleo pouco viscoso tem comportamento mais fluido que o mais viscoso e portanto,
seu comportamento mecânico seria o de formar filmes com maior dificuldade do que
o óleo de maior viscosidade.
No caso da salvínia, como o material é poroso, à medida que o óleo se torna
mais viscoso a capacidade de sorção cai. No caso dos pêlos de cachorro, os
materiais não são porosos e é possível que a tendência seja a da formação do fino
filme de óleo, com melhores resultados para óleos mais viscosos.
FIGURA 43 - Fotos em microscopia eletrônica de varredura (MEV) das fibras de Chorisia Speciosa
(a) Ampliação 80 X, fibra in natura; (b) Ampliação 80 X, a fibra após ter sorvido o óleo; (c) Ampliação 500 X, fibra in natura e (d) Ampliação 500 X, fibra após ter sorvido o óleo.
Fonte: ANNUNCIADO, 2005
78
5.11 ENSAIO EM COLUNA DE VIDRO
A utilização das pérolas na montagem do recheio, facilitou a passagem da
mistura água/óleo, visto que nos casos onde não foram utilizadas, o óleo formou um
filme não possibilitando a passagem da água e não promovendo a passagem da
solução pela coluna, não sendo possível a filtração.
Para a coluna com recheio de turfa, não foi necessário a utilização de pérolas
de vidro, em função da estrutura física da turfa.
Os resultados obtidos na análise cromatográfica, estão descritos na Figura
44, onde estão também representadas as curvas de tendência dos resultados.
Considerando que todas as colunas foram submetidas à limpeza de uma
mistura de 1:7 (petróleo/água destilada), ou seja, água contendo aproximadamente
260ppm de óleo, observa-se que:
A coluna com recheio de turfa separou o óleo da água até apresentar
concentração mínima de saída de 31,7 ppm, enquanto que a coluna com recheio de
paina apresentou uma concentração mínima de saída de 21,5 ppm.
FIGURA 44 - Gráfico: Curva breakthrough dos resultados da análise cromatográfica do efluente com petróleo
Cromatografia de efluente com petróleo
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo [min]
Co
nce
ntr
açã
o [p
pm
] d
d
Turfa
Paina
Misturado
Poodle
79
A coluna com recheio de pêlo de poodle branco separou o óleo da água até
apresentar concentração mínima de saída de 11,7 ppm e a coluna com recheio de
pêlo de cachorro de raças diversas separou o óleo da água até apresentar
concentração mínima de saída de 9,0 ppm (valores dentro do estipulado pela
resolução do CONAMA).
Ao contrário dos ensaios de sorção seca e sorção dinâmica, os resultados do
pêlo de cachorro de raças diversas, superaram os de paina e de pêlo de poodle
branco. Neste caso, a mistura heterogênea das fibras (pêlo liso, pêlo ondulado...)
parece ter facilitado a retenção de óleo na coluna e propiciou resultados de 9ppm na
concentração de saída.
A coluna de paina obteve resultado de concentração de saída superior ao do
pêlo de poodle branco e do pêlo de cachorro de raças diversas, mas durante o
mesmo intervalo de tempo não saturou (por isso não apresentou o ponto de quebra)
o que garante um tempo de utilização maior que a coluna de poodle branco e de
pêlo de cachorro de raças diversas.
As colunas de paina não saturaram, por isso não foi possível determinar o
ponto de quebra ou “breakpoint”.
80
6 CONCLUSÃO E SUGESTÕES
6.1 CONCLUSÃO
Utilizando as fibras naturais como materiais para sorção de óleo presente na
água, é valorizado o processo físico de separação, sendo uma alternativa aos
processos oxidativos avançados pois além de não liberar dióxido de carbono, não
degrada o óleo possibilitando sua futura reutilização.
Foi possível fazer a fiação da paina, pêlo de Poodle e mistura de pêlos de
cachorros de diversas raças e também, foi possível confeccionar mantas com os fios
obtidos para os testes de sorção e utilização em filtros.
Nos testes de sorção dinâmica as amostras de paina apresentaram os
melhores resultados de sorção em óleo mineral isolante usado e em petróleo. Porém
no teste de sorção dinâmica em petróleo, foi obtido um valor próximo do sorvente
comercial composto de manta de polipropileno. As amostras de pêlo de poodle
branco obtiveram resultados superiores aos das amostras de turfa com revestimento
de algodão para a sorção em óleo mineral isolante usado e em petróleo. As
amostras de pêlo cachorro de raças diversas obtiveram resultados superiores aos da
turfa com revestimento de algodão em teste de sorção dinâmica utilizando petróleo.
As amostras de paina tiveram o menor valor de teor de água para os dois
tipos de óleos testados, resultados estes que superaram os valores dos sorventes
comerciais.
O teor de água retido após o teste de sorção dinâmica em óleo mineral
isolante foi inferior aos valores após o teste com petróleo, essa alteração
provavelmente está diretamente associada à viscosidade dos óleos, sendo o
Petróleo mais viscoso que o Óleo Mineral Isolante utilizado nos testes.
É interessante notar que no pêlo de cachorro, o óleo encobriu o material de
forma elíptica enquanto que na paina, de forma elíptica mas menos pronunciada, de
certa forma linear, ou seja, quanto mais espalhado o óleo no filamento menor a
tensão superficial, ou seja, os materiais são compatíveis com o óleo pois não há a
formação de gotas esféricas. Há um maior grau de molhabilidade do óleo para a
paina em relação aos demais materiais testados.
A descontaminação de águas oleosas, além de contribuir para a preservação
de ecossistemas também pode contribuir no aspecto econômico, reduzindo os
81
gastos. Embora as fibras de pêlo de cachorro de raças diversas não tenham
apresentado os melhores resultados de sorção, este resíduo de PetShop superou os
resultados obtidos com a turfa com revestimento de algodão, atualmente utilizada
comercialmente como produto de contenção de vazamentos, em ensaios de sorção
e superou todas as outras fibras na capacidade de limpeza em coluna de adsorção.
Por este motivo, produtos à base de pêlo de cachorro de raças diversas podem ser
utilizados como material sorvente para óleo mineral e petróleo, visto que associado a
seu pequeno êxito sobre a turfa com revestimento de algodão, associado à sua
vantagem econômica, já que é um material descartado, pode resultar em um produto
de baixo custo.
As fibras alternativas utilizadas nesta pesquisa, apresentaram resultados
superiores à amostra de controle também nos ensaios em coluna de vidro, onde a
paina, o pêlo de poodle branco e o pêlo de cachorro de raças diversas
demonstraram alta capacidade de limpeza de efluentes com petróleo em forma de
filtros.
Como as fibras de paina, pêlo de poodle branco obtiveram bons resultados de
sorção dinâmica, acredita-se que o problema no sistema hídrico simulado, seja de
design das amostras e não do material.
A capacidade de limpeza dos filtros de paina, pêlo de Poodle e pêlo de
cachorro de raças diversas foi muito boa pois água contendo 259 ppm de óleo foi
purificada até 9ppm para o pêlo de cachorro de raças diversas, 11,7 ppm para o pêlo
de Poodle e 21,7 ppm para a paina.
6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
É necessário um aprofundamento na técnica de confecção dos fios e das
amostras ou na disposição das mantas no corpo hídrico simulado de forma a garantir
maior contato dos tapetes com o sistema água-óleo. Através da alteração da
gramatura, do estiramento e da forma de trançar os fios será possível otimizar a
produção de fios e verificar a dependência destes fatores na capacidade de sorção.
Testes de confecção das amostras por meio de técnicas de “non woven” (não
tecidos) devem ser realizados para comparar com os tecidos utilizados neste
trabalho.
82
Realizar um estudo com intervalos de tempo inferiores a 5 minutos, para
determinar o crescimento da capacidade de sorção, identificando o ponto de
saturação e a possibilidade de dessorção. O estudo da dessorção poderá gerar uma
nova possibilidade de recuperação do material sorvente e a possibilidade de
reutilização do material.
Realizar ensaios com as amostras em solução com combustível marítimo,
com água marinha artificial produzida conforme norma ASTM D 1141/92 e sistema
hídrico, para simular as condições de derramamento em mar aberto.
Verificação da tensão superficial das fibras estudadas por meio da técnica de
microscopia de força atômica. Fazer a análise da área superficial das fibras e avaliar
o efeito das cutículas (micro escamas presentes nas fibras animais) no processo de
sorção.
Análise dos fatores termodinâmicos para ensaios em coluna de adsorção e
modelagem matemática dos filtros.
Uso de filtros com amostras tecidas para testes de capacidade de limpeza de
águas oleosas em colunas.
Associar as fibras de paina, pêlo de poodle branco e pêlo de cachorro de
raças diversas em ensaios de sorção e como recheios de filtros para verificação de
capacidade de limpeza de águas oleosas em testes em coluna de adsorção.
83
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91
APÊNDICES
92
APÊNDICE 1
TABELA 17 - Resultados do teste de sorção dinâmica com Petróleo
Petróleo Teste: 150ml água + 5ml Petróleo com agitação magnética
Nº Massa Inicial
[g]
Massa Final
Mf - Mo sorção
água [g] sorção
óleo g óleo/g sorvente
Média Sorção
Destilado [ml]
Pê
lo M
istu
rado
109 1,5192 6,4768 4,9576 0,3000 4,6576 3,0658
3,0446
0,3
110 1,1870 5,1009 3,9139 0,3000 3,6139 3,0446 0,3
111 1,2135 5,3122 4,0987 0,9000 3,1987 2,6359 0,9
112 1,2117 5,3603 4,1486 0,3500 3,7986 3,1349 0,35
113 0,9624 4,4784 3,5160 0,3000 3,2160 3,3416 0,3
Po
od
le B
ranco 114 1,7590 7,3149 5,5559 0,5000 5,0559 2,8743
3,2192
0,5
115 1,3155 6,0463 4,7308 0,1500 4,5808 3,4822 0,15
116 1,2800 5,4515 4,1715 0,0000 4,1715 3,2192 0
117 1,5149 6,3326 4,8177 0,2000 4,6177 3,0482 0,2
118 1,2422 6,0554 4,8132 0,5000 4,3132 3,4722 0,5
Pa
ina
119 0,5820 4,4592 3,8772 0,3000 3,5772 6,1464
6,1673
0,3
120 0,5423 2,8022 3,3445 0,0000 3,3445 6,1673 0
121 0,5480 3,9373 3,3893 0,0000 3,3893 6,1849 0
122 0,5700 3,8815 3,3115 0,1800 3,1315 5,4939 0,18
123 0,5124 4,2194 3,7070 0,2000 3,5070 6,8443 0,2
Ma
nta
de
Po
lipro
pile
no 144 0,6402 4,6768 4,0366 0,1000 3,9366 6,1490
6,0808
0,1
145 0,8758 4,891 4,0152 0,0000 4,0152 4,5846 0
146 0,7517 5,4325 4,6808 0,0000 4,6808 6,2270 0
182 0,3896 3,8071 3,4175 0,0000 3,4175 8,7718 0
183 0,5678 3,2203 2,6525 0,0000 2,6525 4,6715 0
Alg
od
ão
124 0,4241 1,3047 0,8806 0,1000 0,7806 1,8406
1,8964
0,1
125 0,3219 0,9323 0,6104 0,0000 0,6104 1,8964 0
126 0,3287 0,7935 0,4648 0,0000 0,4648 1,4141 0
127 0,3046 1,0332 0,7286 0,0000 0,7286 2,3920 0
128 0,2991 0,8790 0,5799 0,0000 0,5799 1,9388 0
Tu
rfa
+ a
lgo
dão
147 0,9132 3,6737 2,7605 0,1000 2,6605 2,9134
2,8968
0,1
148 0,9179 4,5087 3,5908 0,0000 3,5908 3,9120 0
149 0,6348 2,5632 1,9284 0,1000 1,8284 2,8803 0,1
180 1,2005 4,6781 3,4776 0,0000 3,4776 2,8968 0
181 0,9234 3,0569 2,1335 0,0000 2,1335 2,3105 0
93
APÊNDICE 2
TABELA 18 - Resultados do teste de sorção dinâmica com OMI
Óleo Mineral Isolante Teste: 150ml água + 5ml Petróleo com agitador magnético
Nº Massa Inicial
[g]
Massa Final
Mf - Mo sorção
água [g] sorção
óleo g óleo/g sorvente
Média Sorção
Destilado [ml]
Pê
lo M
istu
rado 150 1,1603 5,0700 3,9097 0,3000 3,6097 3,1110
4,2430
0,3
154 0,6873 5,1174 4,4301 0,4000 4,0301 5,8637 0,4
158 1,0300 4,8969 3,8669 0,0000 3,8669 3,7543 0
168 1,2456 8,4242 7,1786 0,1000 7,0786 5,6829 0,1
174 0,9263 3,7228 2,7965 0,2000 2,5965 2,8031 0,2
Po
od
le B
ranco 151 0,8822 5,6353 4,7531 0,2000 4,5531 5,1611
5,0901
0,2
155 0,7391 4,1679 3,4288 0,0000 3,4288 4,6392 0
159 0,4736 3,0642 2,5906 0,0000 2,5906 5,4700 0
169 0,8237 5,4624 4,6387 0,1000 4,5387 5,5101 0,1
175 0,6283 3,5625 2,9342 0,0000 2,9342 4,6701 0
Pa
ina
152 0,2686 3,1708 2,9022 0,0000 2,9022 10,8049
8,1945
0
156 0,3997 3,1088 2,7091 0,0000 2,7091 6,7778 0
160 0,3493 2,7947 2,4454 0,0000 2,4454 7,0009 0
170 0,4546 5,2088 4,7542 0,0000 4,7542 10,4579 0
176 0,1987 1,3772 1,1785 0,0000 1,1785 5,9311 0
Ma
nta
de
Po
lipro
pile
no 153 0,4353 1,1853 0,7500 0,0000 0,7500 1,7229
6,0557
0
157 0,4222 1,2736 0,8514 0,0000 0,8514 2,0166 0
161 0,3279 0,9558 0,6279 0,0000 0,6279 1,9149 0
171 0,3983 6,8523 6,4540 0,0000 6,4540 4,1044 0
177 0,6943 9,3956 8,7013 0,0000 8,7013 8,0070 0
Alg
od
ão
165 0,4353 1,1853 0,7500 0,0000 0,7500 1,7229
1,8848
0
166 0,4222 1,2736 0,8514 0,0000 0,8514 2,0166 0
167 0,3279 0,9558 0,6279 0,0000 0,6279 1,9149 0
172 0,2357 0,5822 0,3465 0,0000 0,3465 1,4702 0
178 0,3472 1,1456 0,7984 0,0000 0,7984 2,2994 0
Tu
rfa
+ a
lgo
dão
162 0,9787 5,393 4,4143 0,0000 4,4143 4,5104
4,2179
0
163 0,8491 4,2953 3,4462 0,0000 3,4462 4,0587 0
164 1,0015 5,1924 4,1909 0,1000 4,0909 4,0848 0,1
173 1,0377 5,6778 4,6401 0,0000 4,6401 4,4715 0
179 0,7203 3,5758 2,8555 0,0000 2,8555 3,9643 0
